Zones d’ombre dans la cartographie des rivières françaises (Messager et al 2024)

En France, des milliers de rivières et de ruisseaux échappent à la protection environnementale de la loi en raison d'une cartographie réglementaire lacunaire. Cette situation, révélée par Mathis Loïc Messager, Hervé Pella et Thibault Datry dans leur publication récente, met en lumière les incohérences administratives et territoriales ainsi que leurs conséquences écologiques. Elle montre aussi qu'il existe une construction sociale et politique permanente des paysages et des usages de l'eau, les divergences sur les définitions n'étant que le cas particulier d'une diversité plus générale des préférences et des attentes à l'œuvre dans la société. 

Etat actuel de la cartographie des cours d'eau en France métropolitaine, extrait de Messager et al , art cit.

L’article de Mathis Loïc Messager, Hervé Pella et Thibault Datry explore l’impact des cartographies réglementaires incohérentes sur la protection des rivières et des cours d’eau. Prenant la France comme étude de cas, les auteurs montrent comment l’application variable de la définition légale des cours d’eau peut menacer les écosystèmes aquatiques et les services qu’ils fournissent. Ils expliquent que la protection des cours d'eau repose sur des critères juridiques définis nationalement mais appliqués de manière décentralisée, entraînant une protection inégale.

La protection des cours d’eau en France dépend de leur reconnaissance légale, qui repose sur trois critères majeurs selon le code de l'environnement (article L215-7-1) :

• Présence d’un lit d'origine naturelle : un cours d’eau doit avoir un lit visible, même s'il a été modifié par l'homme.
• Alimentation par une source autre que les précipitations : les cours d’eau doivent être alimentés par des sources permanentes, comme des sources souterraines ou des ruisseaux voisins.
• Débit suffisant la majeure partie de l’année : le débit peut être intermittent, mais doit être à cycle assez régulier selon les conditions locales (à la différence d'un débit éphémère n'apparaissant qu'aléatoirement, par exemple).

La décision de cartographier les cours d’eau repose sur une directive nationale de 2015, qui impose aux départements français de créer des cartes détaillées en collaboration avec des parties prenantes locales, notamment les agriculteurs, les associations environnementales et les collectivités. Chaque département devait appliquer les critères juridiques pour différencier les cours d'eau des fossés ou canaux. Cependant, le manque de normes uniformes a entraîné des interprétations divergentes selon les ressources et les priorités locales.

Les chercheurs ont compilé et harmonisé les cartes réglementaires fournies par 91 départements français. Ils ont utilisé les bases de données hydrographiques nationales (BD TOPO et BD Carthage) pour comparer les segments protégés, observant qu'aucune base de données actuelle n'est complète. Ils ont consolidé 139 catégories administratives initiales en cinq classes standardisées : cours d'eau, non-cours d'eau, non catégorisé, inexistant et hors du département. Cette harmonisation a permis de créer une carte nationale uniforme. Chaque segment a été classé selon son statut légal et son type (cours d'eau ou non-cours d'eau). Les chercheurs ont calculé le ratio de densité de drainage (RDD), représentant la longueur totale des cours d'eau classés rapportée à la longueur totale des segments potentiellement classables selon la BD TOPO.

Les modèles statistiques ont été utilisés pour examiner les corrélations entre le RDD et des variables socio-environnementales telles que la couverture agricole, l’aridité estivale et la densité de population. Une analyse comparative inter-départements a permis de mieux comprendre les disparités.

Disparité départementale des choix de classement, extrait de Messager et al, art cit. 

Voici les principaux résultats :

• Environ 680 000 km de segments hydrographiques ont été évalués (93 % de la France métropolitaine, 2,2 millions de segments).
• 25 % des segments ont été exclus de la protection selon les cartes départementales, soit environ 170 000 km de cours d'eau potentiellement non protégés.
• 59 % des segments exclus sont des cours d'eau intermittents, 42 % des cours d'eau de tête de bassin (premier ordre), représentent pourtant dans certains caq doubés d'une éude de terrain des écosystèmes utiles à la biodiversité, à la filtration de l'eau, à la réduction des crues et aux habitats aquatiques.
• Les disparités sont importantes : certains départements protègent presque tout le réseau hydrographique et ont classé davantage que la BD TOPO, tandis que d'autres excluent plus de 50 % des segments potentiels.
• Une corrélation négative existe entre le RDD et la couverture agricole intensive. Les départements dominés par l’agriculture montrent des cartes plus restrictives, mais avec de fortes disparités montrant surtout l'absence de cohérence nationale dans la démarche.
• L’aridité estivale accentue cette tendance à la faible cartographie, en raison de la difficulté à observer des cours d'eau intermittents.

Les auteurs développent le concept du "cycle hydro-social", qui décrit l'interaction continue entre les sociétés humaines et les systèmes hydrologiques. Selon cette perspective, l’eau n’est pas seulement un élément naturel, mais un objet social façonné par des processus historiques, politiques et culturels. Les rivières et les cours d'eau sont modifiés au fil du temps par les activités humaines, comme le détournement des eaux, la construction de barrages ou l’intensification agricole.

La cartographie des cours d’eau est ainsi perçue comme un acte social et politique. Les cartes officielles cristallisent une certaine vision du paysage aquatique, qui peut refléter des rapports de pouvoir asymétriques. Les décisions sur ce qui est considéré comme un cours d’eau protégé sont influencées par des intérêts économiques, des pratiques culturelles et des politiques publiques. Par exemple, exclure un cours d’eau d'une carte réglementaire peut faciliter son exploitation, tout en masquant son existence écologique et son utilité sociale.

Les auteurs montrent que cette dynamique est particulièrement visible dans le processus de cartographie français, où les conflits d'intérêts entre agriculteurs, administrations et associations environnementales façonnent les résultats finaux. Cette interaction perpétuelle entre les représentations cartographiques et les réalités hydrologiques illustre  le concept du cycle hydro-social.

Le cycle hydro-social vu par les auteurs.

Discussion

Il nous semble important de distinguer deux aspects liés à la gestion des cours d'eau : s'accorder sur la typologie et s'accorder sur les conséquences normatives de cette typologie. S'accorder sur la typologie implique de définir clairement ce qui constitue un cours d'eau (et d'autres hydrosystèmes), selon des critères écologiques, hydrologiques, usagers et administratifs. Cette étape repose sur une base scientifique et technique permettant d'unifier les définitions. S'accorder sur les conséquences normatives signifie déterminer les droits, obligations et restrictions associés à chaque catégorie définie dans la typologie. Cela inclut les protections environnementales, les contraintes d'aménagement, les responsabilités légales et les capacités d'action.  

Car un aspect incontournable du sujet traité par Thibault Datry et ses collègues est la conflictualité sous-jacente  des normes écologiques, particulièrement marquée en milieu rural. Ce sujet a refait surface récemment dans l'actualité, mais il est récurrent dans l'histoire des politiques environnementales. A la différence d'un territoire urbain déjà quasi totalement artificialisé, les territoires ruraux disposent d'une richesse en milieux quasi-naturels et semi-naturels, mais subissent aussi une pression d’exploitation agricole, forestière, industrielle, récréative ou urbanistique de ces espaces. Cela crée des tensions entre conservation écologique et usages socio-économiques, cristallisées dans des régulations environnementales perçues comme contraignantes par une partie des locaux, nécessaires pour une autre partie. L’incapacité à s’accorder sur la typologie des cours d’eau découle le plus souvent d’un refus d’accepter les conséquences normatives liées à certaines classifications. Un cours d’eau classé comme tel entraîne des restrictions sur les pratiques agricoles, des limitations d’aménagement, des coûts supplémentaires d'entretien et de mise en conformité. Ces implications peuvent expliquer la résistance à intégrer certaines zones dans les catégories réglementées, même lorsqu’un consensus technique et scientifique existe sur la catégorisation.

Autre point  à souligner : l’acceptation d’une certaine complexité est nécessaire pour une gestion réaliste des cours d’eau et, plus généralement, des segments hydrographiques. Chercher à simplifier à outrance la typologie avec le choix cours d'eau / non cours d'eau comme seule information peut mener à des omissions importantes et à une perte de précision écologique. En outre, une gestion différencié peut alléger la complexité normative et procédurale dans certains cas, donc dépasser des résistances tenant à la crainte de créer des zones intouchables rendant l'exploitation ou l'entretien trop complexes. On peut imaginer qu'un cours d'eau intermittent et un cours d'eau permanent n'impliquent pas les mêmes obligations, par exemple. De plus, l’intégration des drains artificiels tels que les canaux, biefs, fossés et autres infrastructures hydrauliques serait nécessaire. Bien qu’ils soient souvent exclus des cartes réglementaires, ces structures jouent un rôle  dans la gestion des flux hydriques, la prévention des inondations, l'épuration de certains intrants et la régulation des niveaux d’eau. Ils participent également à la connectivité écologique, servant parfois de corridors pour la faune aquatique, et sont des ressources pour la faune / flore terrestre. 

Ainsi, une approche globale nécessiterait de considérer à la fois les systèmes naturels et artificiels, la complexité interne de chacun de ces systèmes, en reconnaissant leurs interconnexions et leurs contributions au réseau hydrographique. Cette approche globale devrait ensuite intégrer, au même niveau que les informations écologiques, les informations symboliques, sociales et économiques tenant aux perceptions et usages de l'eau dans le bassin versant. Ensuite seulement des débats politiques peuvent prioriser les enjeux dans des normes et des procédures, chaque partie prenante acceptant le même niveau d'information comme base de la discussion. 

Référence : Messager M L, Pella H, Datry T (2024), Inconsistent regulatory mapping quietly threatens rivers and streams, Environmental Science & Technology, 58, 17201-17214.

Version française sous forme de rapport rédigé par les auteurs : Messager, M. L., Pella, H., & Datry, T. (2024). Une cartographie réglementaire incohérente menace les rivières et les ruisseaux français. Environmental Science & Technology 

La continuité écologique des rivières face à ses incertitudes et controverses (Alp et al 2024)

Fruit d’un travail interdisciplinaire mobilisant 19 universitaires, une nouvelle étude explore les défis scientifiques, sociaux et politiques de la restauration de la continuité écologique des cours d’eau en France, tout en proposant une démarche stratégique adaptée aux spécificités locales. Une synthèse très intéressante car elle ne contourne pas les problèmes réels et incertitudes fortes de la continuité écologique. Mais une synthèse  ne tirant pas selon nous toutes les conséquences des critiques qu'elle émet.

Les différentes dimensions de la continuité, image extraite de Alp 2024, art.cit.

La recherche de Maria Alp et de ses collègues rappelle que les projets de restauration de la continuité écologique des cours d’eau rencontrent de nombreux obstacles et attirent de nombreuses critiques. Ainsi, les conflits d’usages et de valeurs émergent fréquemment, notamment autour de la suppression d’ouvrages tels que moulins ou étangs, qui possèdent une forte valeur patrimoniale ou jouent un rôle dans la création de nouveaux écosystèmes locaux. Les riverains ont en ce cas des préférences et priorités alternatives à celles des gestionnaires de l'écologie : "Certains acteurs questionnent la pertinence de la politique publique visant à effacer les ouvrages qui contribuent à l’interruption de la continuité des cours d’eau." Ces tensions sont renforcées par un cadre réglementaire complexe et parfois contradictoire. Par exemple, "la réglementation encourage à la fois la restauration de la continuité écologique et la production d’une énergie hydroélectrique renouvelable". En parallèle, l’approche descendante et technocratique des projets, souvent imposés sans réelle concertation locale (et surtout sans donner la prime à l'initiative locale vraiment portée par des acteurs, comme le préfèrent certains pays, dont les Etats-Unis), suscite des résistances et des incompréhensions : "la politique de restauration de la continuité écologique appliquée en France depuis les années 2000 s'est construite selon une approche majoritairement descendante (top-down en anglais). La restauration est prise en charge par l'État, qui fixe les objectifs et les modes d'action au titre de l'intérêt général (le « paradigme du gouvernement » ; Mermet, 2020)." La disproportion des ambitions et des moyens conduit aussi à des choix bâclés : les défis de financement, les contraintes de calendrier et le manque de communication constante entre les parties prenantes compliquent davantage la situation.

En outre, la rupture de continuité écologique est une pression parmi d'autres (prélèvements, pollutions, réchauffement, espèces exotiques, etc.), dont la part relative dans la baisse de biodiversité ou dans l'altération de fonctions écosystémiques est difficile à quantifier. Et les effets des ouvrages concernés sont parfois ambivalents. Par exemple, un plan d'eau peut être une zone favorable au développement d'espèces invasives mais un obstacle peut aussi être un frein à la colonisation du bassin par ces espèces. De même, les écosystèmes artificiels des plans d'eau ou des canaux n'atteignent pas le niveau de biodiversité d'un milieu non humanisé, mais dans un contexte globalement dégradé et simplifié propre à l'Anthropocène, ils peuvent néanmoins avoir des intérêts de conservation écologique. 

A la différence de certains gestionnaires tenant parfois un discours de certitude, les chercheurs sont donc obligés d'admettre que les connaissances restent lacunaires, ce qui implique toute une chaîne d'incertitudes : 

"- Les incertitudes scientifiques relevant des connaissances fondamentales encore incomplètes sur les processus biophysiques et sociaux ;

- Les incertitudes techniques liées aux limites des mesures possibles techniquement pour quantifier les réponses physiques et biologiques (avec un cumul d’incertitudes associées aux données provenant de différentes disciplines et intégrées dans les modèles) ;

- Les incertitudes associées aux processus stochastiques que nous ne pouvons ni prédire avec exactitude ni contrôler, mais dont nous pouvons parfois estimer la probabilité d'occurrence, comme la variabilité hydro-climatique au niveau local ou à plus large échelle ;

- Les incertitudes liées aux modalités de réaction des socio-écosystèmes impactés puis restaurés."

Les auteurs pointent également que la recherche travaille peu sur les cas négatifs, c'est-à-dire les échecs: "Un autre défi pour la communauté scientifique serait de mieux documenter les échecs des projets de restauration qui sont nombreux mais beaucoup moins visibles dans la littérature scientifique." Or, cette absence de retour sur les échecs nuit à l'amélioration des pratiques de restauration et à la compréhension du fonctionnement des bassins versants. Il nuit aussi à l'image de la recherche scientifique, qui est censée être indépendante des choix de politiques publiques, donc critiquer librement ces choix quand les résultats ne sont pas au rendez-vous.

Dix points de vigilance sont finalement identifiés par les chercheurs pour assurer une bonne restauration de la continuité écologique des cours d'eau:

• Trajectoire historique (PV1) : intégrer les connaissances historiques sur les usages, métamorphoses fluviales, et trajectoire politique pour comprendre les causes des changements.
• Périmètre et priorités (PV2) : délimiter le périmètre territorial et hiérarchiser les sites d'action en fonction des enjeux prioritaires​.
• Co-construction (PV3) : impliquer les acteurs locaux dès le début pour assurer une prise de décision concertée et partagée​.
• Objectifs clairs (PV4) : définir des objectifs précis, mesurables et adaptés au contexte local pour guider les actions de restauration​.
• Diagnostic systémique (PV5) : réaliser un diagnostic global des dimensions biophysiques, sociales, politiques et économiques à des échelles spatiales et temporelles appropriées​.
• Incertitudes et risques (PV6) : reconnaître et intégrer les incertitudes et risques dans le processus de décision​.
• Suivi à long terme (PV7) : assurer des suivis avant et après les travaux pour évaluer les effets en fonction des objectifs.
• Standardisation des méthodes (PV8) : utiliser des protocoles standardisés pour les suivis afin de garantir la comparabilité des résultats​.
• Calendrier adapté (PV9) : planifier les travaux en tenant compte de la saisonnalité écologique et des contextes socio-politiques​.
• Communication continue (PV10) : maintenir un dialogue clair et régulier avec les parties prenantes et le public tout au long du projet​.

Discussion

Il s'est écoulé un quart de siècle depuis l'introduction du concept de "continuité hydrographique" dans une annexe de la directive cadre européenne sur l'eau (2000), près de 20 ans depuis la mise en avant de ce choix dans le concept de "continuité écologique" glissé dans la loi française sur l'eau et les milieux aquatiques (2006). Cette idée de continuité avait déjà une histoire plus ancienne en recherche (voir cet article). La synthèse de Maria Alp et de ses collègues met en lumière la difficulté de mise en œuvre de cette politique, dont la France a été sinon la pionnière en Europe, du moins le pays où l'ensemble de la puissance publique a mis le maximum d'efforts pour imposer un agenda de restauration de continuité. Les nombreux problèmes rencontrés en France n'ont pas empêché l'Union européenne d'adopter en 2024 (avec quelques difficultés) une règlementation de "restauration de la nature" qui s'inspire de l'objectif de démantèlement d'ouvrages, même si le périmètre de ce texte européen est finalement peu ambitieux (ou plus réaliste) par rapport aux choix français (25 000 km de rivières à restaurer dans toute l'Union versus le même linéaire classé dans notre seul pays).  

Si cet article de recherche a le mérite de faire l'état des lieux et de pointer les carences de la restauration de continuité écologique en France, tout en suggérant des pistes de changement ayant tout à fait notre soutien, il n'en présente pas moins diverses limites.

Dans la manière de présenter la question des ouvrages, les auteurs nous semblent minorer l'importance de certains travaux sur la biodiversité des milieux artificiels ou semi-naturels ainsi que  sur les services écosystémiques associés à ces milieux (dont la dépollution, assez bien documentée mais à peine survolée dans l'article, ou encore la régulation des crues et sécheresses, un des motifs d'existence des ouvrages). La qualification de l'effet d'un ouvrage transversal comme apparition d'un tronçon "lentique" semble aussi décalée des connaissances sur les dynamiques plus complexes à l'oeuvre quand le régime d'écoulement change (vers un style davantage semi-lotique, ou de transition). On pourrait également regretter que la continuité temporelle de l'écoulement, 4e dimension du concept, ne soit pas vraiment traitée, alors que le sujet a une certaine importance dans le double contexte d'une pression sur les demandes de prélèvement et de forts changements attendus du fait du réchauffement climatique. 

De même, il y a bel et bien depuis 15 ans des travaux d'hydro-écologie quantitative qui essaient de pondérer l'importance des impacts sur les milieux selon les indicateurs biologiques retenus par la règlementation : la plupart sinon la totalité de ces travaux concluent que les changements d'usages des sols du lit majeur et les pollutions sont un facteur bien plus important que la fragmentation, en particulier longitudinale. Celle-ci affecte assurément des espèces spécialisées et ayant besoin de migration à longue distance, mais le tableau est nettement moins clair pour la grande majorité des espèces aquatiques, amphibies et rivulaires n'ayant pas ce besoin particulier dans leur cycle de vie. En outre, il n'y a pas de hiérarchisation entre des analyses sur l'effet local des obstacles à l'écoulement (qui créent un habitat différent, donc avec des variations observées dans de nombreuses monographies) et des analyses en terme d'équilibre physique, chimique, biologique du bassin versant (permettant de dire si ces variations locales liées aux ouvrages sont importantes ou négligeables, notamment en impact sur la diversité biologique de type bêta et gamma d'un bassin versant). Trouver une différence locale avant / après une construction ou un effacement d'ouvrage est presque un truisme : mais évaluer si cela fait la différence par rapport à la diversité biologique (ou à la dynamique sédimentaire) déjà présente dans un bassin est censé être l'objectif réel des politiques publiques concernées. Or ce point est généralement inconnu, ce qui est ennuyeux pour une politique se disant fondée sur la science et sur la preuve. 

Enfin, et plus essentiellement peut-être, l'article de Maria Alp et de ses collègues évite ce qui devrait être selon nous le premier point de vigilance : assumer pleinement et non superficiellement les conséquences d'une définition de la nature comme construction sociale et politique. Ou d'une définition du milieu comme "hybride" social et écologique. En tant qu'acteur associatif, nous anticipons que les points de vigilance des auteurs risquent (en France) d'être interprétés par l'acteur public en charge de la restauration écologique comme un simple besoin d'accompagnent et de pédagogie d'une politique toujours posée comme indiscutable dans ses finalités comme indiscutée dans ses fondements. On fera peut-être l'effort de dire qu'il y a des patrimoines et des usages de l'eau, mais sans voir ces patrimoines et usages comme des forces actives du bassin versant au même titre que d'autres – juste des "impacts" à minimiser ou supprimer. 

Or, si la recherche met en évidence que les milieux de l'Anthropocène sont composés de "socio-écosystèmes" où l'influence humaine a été et sera toujours inextricablement combinée à des facteurs non-humains, alors il ne s'agit plus de "restaurer" un état ancien et perdu des rivières et de leurs lits majeurs, mais d'"instaurer" des états futurs en fonction des réalités et des attentes propres à chaque bassin. Ces états futurs auront peut-être (sans doute) une dimension importante de continuité hydrographique... mais peut-être pas : il n'existe plus une vision préconçue et valable pour tout territoire de ce que doit être la "nature" si celle-ci co-évolue selon nos choix hier, aujourd'hui et demain. La continuité ne peut pas se justifier par une tautologie où le simple écart d'une nature théorique sans humain et d'une nature effective avec humain deviendrait un motif suffisant pour supprimer cet écart. Encore faut-il que la société y trouve du sens, de la valeur et de l'intérêt. Car c'est bien ainsi que les eaux et les hommes évoluent ensemble depuis quelques milliers de générations.

Référence : Alp M et al (2024). Restaurer la continuité écologique des cours d’eau : que sait-on et comment passer collectivement à l’action ? VertigO - la revue électronique en sciences de l’environnement, 24(2). 

Démantèlement d’un barrage en Pologne : les choix des autorités environnementales face aux attentes de la population (Habel et al 2024)

Lorsque les autorités polonaises ont décidé de démanteler le barrage de Wilkówka, la population locale s’est sentie exclue du processus. Attachés aux services que l’infrastructure aurait pu offrir, les habitants expriment leur frustration. Une étude universitaire offre un éclairage sur ce choc entre vision environnementale des autorités gestionnaires et aspirations communautaires des populations locales.

Photo de la démolition du barrage, droits réservés, source

L’étude de Michał Habel et de ses collègues explore les perspectives communautaires sur les impacts environnementaux et sociaux liés au premier démantèlement d'un barrage en Pologne, le barrage de Wilkówka. Cet article repose sur des enquêtes auprès de la population locale et des parties prenantes pour analyser les changements perçus des services écosystémiques et la dynamique sociale autour de cette décision controversée. 

Le barrage de Wilkówka était situé dans les Carpates occidentales polonaises, précisément sur le ruisseau Wilkówka, un affluent de la rivière Biała qui se jette dans la Vistule. Construit entre 2009 et 2012, ce barrage en remblai mesurait 10,2 mètres de haut et 106 mètres de long. Son réservoir avait une capacité de 26 500 m³ et avait pour but principal de fournir une régulation des crues et un approvisionnement en eau à la communauté locale. Cependant, dès sa mise en service, de multiples défauts techniques ont empêché son fonctionnement optimal, notamment une instabilité causée par des problèmes de drainage qui ont empêché le remplissage complet du réservoir. Après plusieurs tentatives infructueuses de réparation, les autorités ont décidé de démanteler le barrage, une opération qui s'est déroulée de novembre 2021 à mars 2022.

Dans un premier temps, l’étude souligne que la décision de démanteler le barrage de Wilkówka a suscité un mécontentement général parmi les habitants locaux. En effet, 92 % des répondants ont estimé que cette décision avait été prise sans consultation suffisante, tandis que 62 % ont exprimé leur opposition au démantèlement. Bien que le barrage n’ait jamais pleinement fonctionné en raison de défauts techniques découverts peu après sa construction, les résidents ont développé un attachement rapide à ses services perçus, tels que l’approvisionnement en eau, la régulation des crues et sa valeur symbolique en tant qu’investissement dans la communauté.

L’analyse quantitative montre que 48 % des habitants considéraient l'approvisionnement en eau comme le service le plus important offert par le barrage, tandis que 31 % l'associaient à la protection contre les inondations. De plus, les activités de loisirs autour du réservoir, bien que limitées par l’état partiel de remplissage du réservoir, ont également été perçues comme un atout. Toutefois, la défaillance technique du barrage et le risque d’une catastrophe environnementale étaient des préoccupations majeures pour les autorités nationales et régionales, qui ont jugé nécessaire son démantèlement.

Malgré ces justifications techniques, la communauté locale a exprimé des attentes élevées quant aux services hydrologiques que le barrage aurait pu fournir. Ainsi, l’étude révèle un écart entre les perceptions locales et les décisions administratives : les résidents espéraient que le barrage pourrait être réparé ou reconstruit pour répondre aux besoins en eau et en protection contre les crues, même en dépit des risques environnementaux potentiels. 

Un défaut de gouvernance a aussi été manifeste : "La décision de démanteler le barrage n'a pas fait l'objet de consultation publique. Aucune solution alternative n'a été présentée au public, et toutes les parties prenantes impliquées dans le processus de démantèlement étaient exclusivement des agences au niveau national."

Un autre point crucial de cette étude est la mise en lumière des conséquences anticipées du démantèlement du barrage sur les services écosystémiques. La majorité des répondants (69,3 %) craignaient une diminution de la capacité d'approvisionnement en eau après le démantèlement, tandis que 64,5 % redoutaient une dégradation des services de régulation, notamment la protection contre les crues. De même, plus de 60 % des répondants estimaient que l’esthétique du paysage et le potentiel récréatif de la région en pâtiraient.

En termes d'impact environnemental, les résultats révèlent que la communauté locale ne possédait pas une conscience écologique élevée, les services de soutien tels que la biodiversité et les habitats naturels étant considérés comme moins importants. Les services de régulation, tels que la qualité de l'eau et la régulation du microclimat, n'étaient également pas perçus comme significativement affectés par la construction ou la démolition du barrage.

Discussion

Cette étude illustre les tensions entre les objectifs techniques et environnementaux d’un projet de démantèlement de barrage et les perceptions sociales locales. Les résultats mettent en avant la nécessité d’inclure plus activement les communautés locales dans les processus décisionnels pour des projets similaires, afin de mieux concilier les attentes sociales et les impératifs écologiques ou sécuritiares. Le cas du barrage de Wilkówka démontre comment une infrastructure, même imparfaite, peut rapidement s’insérer dans le tissu socio-économique local, créant des attentes et des résistances face au changement. Nous avons ici le cas extrême d'un barrage récent et ayant un défaut technique de conception, mais il est évident que l'attachement social, usager et paysager est plus fort avec des infrastructures en place depuis des décennies, voire des siècles. 

Au-delà d'une meilleure prise en compte des populations, il s'agit aussi de diversifier l'expertise scientifique qui inspire les décideurs : les facteurs sociaux, culturels et économiques sont partie intégrante de la vision démocratique de l'eau, au même titre que les facteurs biologiques, physiques ou chimiques. Seule une approche multidimensionnelle permet d'exprimer tout ce que des citoyens attendent, et d'opter pour la décision la plus approchante d'un intérêt général au niveau du bassin versant. 

Référence  : Habel M et al(2024), Dammed context: Community perspectives on ecosystem service changes following Poland's first dam removal, Land Degradation & Development, 35(6), 2184–2200. 

Repenser l'effet environnemental des étangs par une approche géographique intégrée (Touchart et Bartout 2024)

Parfois perçus comme perturbateurs des écosystèmes fluviaux, les étangs sont aujourd'hui réévalués sous un nouveau prisme. Dans leur étude du Grand Étang de Cieux, Laurent Touchart et Pascal Bartout proposent de dépasser l'approche classique de l'impact thermique pour analyser ces plans d'eau comme des réalités à part entière, intégrées aux réseaux hydrographiques. En introduisant des méthodes novatrices, ils offrent une vision plus nuancée et complète des interactions entre étangs et cours d'eau.

Les auteurs de cet article, Laurent Touchart et Pascal Bartout, sont affiliés au laboratoire CEDETE, département de géographie à l'Université d'Orléans. Ils proposent une approche géographique innovante pour évaluer l'impact thermique des plans d'eau, en prenant comme terrain d'étude le Grand Étang de Cieux, situé en Haute-Vienne (France). Cet étang de grande taille (40 hectares) se situe dans la région du Limousin, une zone particulièrement riche en plans d'eau artificiels, avec plus de 14 677 étangs dans les trois départements de la Haute-Vienne, Corrèze et Creuse. Le plan d'eau est alimenté par quatre tributaires qui se déversent ensuite dans la rivière Vergogne. Les auteurs soulignent l'importance de comprendre les interactions complexes entre les étangs et leur environnement.

L'hydrosystème étudié par les auteurs, extrait de l'article.

Pour analyser les effets thermiques de l’étang, les chercheurs ont utilisé un vaste réseau de thermomètres, installés sur les tributaires, à l'intérieur du plan d'eau et à sa sortie. Ces thermomètres ont collecté un total de 536 552 mesures de température, prises sur une période de plusieurs années, ce qui a permis de créer une base de données unique en son genre pour suivre l’évolution thermique à l’intérieur et à l’extérieur de l’étang. Ils ont appliqué deux nouvelles méthodes pour mesurer l'impact : la pondération des températures des affluents et l'utilisation d'un gradient thermique pour modéliser l'évolution de la température du cours d'eau en l'absence de l’étang.

Les résultats montrent que l’étang réchauffe les eaux en aval, mais de manière plus nuancée que les évaluations classiques. Selon la première méthode, le Grand Étang augmente la température moyenne annuelle de 1,8°C, avec un pic de plus de 4°C pendant l’été. Les auteurs soulignent que ces augmentations sont dues à une modification du régime thermique, en particulier par la réduction de l'amplitude diurne des températures, un effet typique des grands plans d’eau. En revanche, la méthode du gradient thermique montre que jusqu'à un tiers de ce réchauffement serait dû à des facteurs naturels, comme l'évolution spontanée du gradient des cours d'eau d'amont vers l'aval, indépendamment de la présence de l’étang.

Une partie essentielle de la réflexion des auteurs repose sur l’analyse critique du concept d'impact environnemental. Ils argumentent que les étangs sont souvent perçus comme des perturbateurs de l’écosystème naturel, et donc évalués de manière biaisée. En réintroduisant une approche géographique qui prend en compte non seulement l’impact direct des étangs, mais aussi leur rôle dans la dynamique des paysages et des systèmes hydrologiques, ils invitent à repenser ces écosystèmes comme des réalités autonomes et non comme des anomalies à corriger. Ainsi notent-ils : «il s'agirait de penser différemment les problèmes d'impact environnemental, non seulement en prenant plus en compte la question spatiale, mais aussi en ne la compartimentant pas, en n'opposant pas les eaux courantes et dormantes. Cela demanderait de ne plus considérer le plan d'eau comme exclusivement une rupture de cours d'eau, mais comme un limnosystème intégré à l'ensemble du réseau hydrographique.»

Cette étude conclut en proposant que, plutôt que d'être simplement considérés comme des sources d'impact négatif, les étangs devraient être étudiés comme des éléments intégrés et parfois bénéfiques des paysages hydrologiques. Ils démontrent qu’une partie du réchauffement des eaux est en réalité naturelle et qu’il est nécessaire de mieux comprendre les interactions multiples qui régissent ces systèmes complexes.

Référence  : Touchart L et Bartout P (2024), Pour une évaluation plus géographique de l'impact environnemental des plans d'eau, le cas de la température de l'eau du Grand Étang de Cieux (Haute-Vienne), Physio-Géo,  20, 85-111.

L'Indice Planète Vivante surestime-t-il l'effondrement des vertébrés ? (Toszogyova et al 2024)

Tous les médias reprennent en ce moment le nouveau chiffre de l'Indice Planète Vivante (LPI pour Living Planet Index), du WWF, devenu un indicateur phare de l'état de la biodiversité mondiale : un déclin de 73 % de l’abondance des populations de vertébrés sauvages en 50 ans. Mais ce chiffre simple serait-il en réalité trompeur ? Dans un article de recherche, Anna Toszogyova et ses collègues dénoncent les biais méthodologiques qui faussent les résultats de cet indice en surestimant les déclins de population de vertébrés. En analysant chaque étape du calcul, ils démontrent que les tendances globales de biodiversité pourraient être bien moins dramatiques qu'annoncé. Ce travail fait suite à d’autres recherches ayant déjà pointé les faiblesses de l’Indice Planète Vivante. Quelques réflexions à ce sujet.

Dans leur recherche,  Anna Toszogyova, Jan Smyčka, et David Storch, publié dans Nature Communications, examine les biais mathématiques dans le calcul de l'Indice Planète Vivante (LPI). Les auteurs y argumentent que certaines méthodologies utilisées pour calculer le LPI provoquent une surestimation des déclins des populations de vertébrés. Voici un résumé des principaux arguments développés dans l'article.

L'Indice Planète Vivante (LPI) est largement utilisé pour estimer les tendances des populations de vertébrés à travers le monde. Il a notamment été adopté par la Convention sur la diversité biologique et par la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) pour suivre l'évolution de la biodiversité mondiale. L'indice, publié tous les deux ans, indique que les populations de vertébrés ont diminué de 69 % en moyenne au cours des 50 dernières années dans sa version de 2022 (et de 73% dans sa version de 2024). Cependant, les auteurs soulignent que cette estimation contraste fortement avec d'autres études basées sur les mêmes données, lesquelles montrent une stabilité des populations, avec des augmentations et des déclins qui s'équilibrent. Cela suggère que le LPI pourrait être biaisé et ne pas représenter fidèlement l'état actuel de la biodiversité.

Les auteurs identifient plusieurs biais méthodologiques susceptibles d'induire en erreur. L'un des principaux biais concerne la procédure de pondération des tendances de population par la richesse spécifique des groupes taxonomiques et des régions géographiques. Cette pondération, destinée à ajuster la représentation des espèces, entraîne une surestimation du déclin global. Par exemple, l'indice pondéré par la richesse spécifique montre un déclin 38 % plus important que la version non pondérée. De plus, l'inclusion de séries temporelles très courtes ou de populations qui ne représentent qu'un seul individu dans une région ou un groupe taxonomique accentue cette tendance au déclin apparent.

L'article démontre que le LPI est particulièrement sensible à la présence de quelques populations en déclin extrême. La suppression de moins de 3 % des populations les plus déclinantes inverserait la tendance globale de l'indice, passant d'un déclin à une augmentation globale. Par exemple, «  une seule population de vipère Vipera berus, représentant tout le taxon des herptiles dans le Paléarctique pour la période 1974-1977, a provoqué une diminution de 89,5 % de l'indice pour cette région. » Cela illustre la vulnérabilité de l’indice à de telles fluctuations extrêmes.

Les séries temporelles comportant peu de points de mesure sont plus susceptibles de contenir des erreurs de mesure, ce qui biaise les résultats. Le LPI utilise des séries avec seulement deux points de données par population, ce qui réduit l’exactitude de l'indice et peut provoquer une sous-estimation ou une surestimation des tendances. Les séries temporelles courtes ne peuvent pas capturer fidèlement les fluctuations des populations, et leur inclusion fausse l’indice : « Les séries temporelles comprenant moins de cinq enregistrements conduisent à une diminution de l’indice de 14,3 %, suggérant que l’utilisation de séries temporelles courtes est un facteur clé de la surestimation du déclin »

Un autre biais significatif identifié concerne la gestion des valeurs nulles (zéros) dans les séries temporelles de populations. Pour contourner le problème de division par zéro, le LPI remplace ces valeurs par un très petit nombre, ce qui altère les ratios de croissance interannuelle calculés. La suppression des zéros dans les séries temporelles réduit le déclin apparent de l’indice global de 19,2 %. L’article argue que le traitement des zéros nécessite une approche distincte, car leur inclusion dans le calcul de l’indice fausse les conclusions concernant la stabilité des populations.

Les auteurs proposent des modifications pour améliorer la fiabilité de l'indice, telles que l'exclusion des séries temporelles courtes ou celles contenant des zéros, et la suppression des pondérations. Ils recommandent également d'accompagner le LPI d'une analyse séparée des dynamiques de colonisation et d'extinction des populations pour obtenir un tableau plus équilibré de la biodiversité.

En conclusion, les auteurs montrent que le LPI actuel surestime le déclin des populations de vertébrés en raison de biais méthodologiques et de données incomplètes. Bien qu'ils ne remettent pas en question l'importance du suivi de la biodiversité ni l'existence de son déclin, ils insistent sur la nécessité de revoir les calculs du LPI pour éviter de tirer des conclusions erronées sur l'état de la nature. Ils suggèrent que des ajustements méthodologiques pourraient conduire à un LPI plus fiable, révélant des tendances moins alarmistes mais plus précises des populations vertébrées mondiales.

Discussion

Si le déclin de la biodiversité globale en raison de l’expansion des activités humaines ne fait guère débat, la bonne représentation de ce phénomène dans le débat public est nécessaire. Un chiffre trompeur peut être de nature à démobiliser. Or il existe aussi des critiques antérieures adressées à l'Indice Planète Vivante, avec plusieurs travaux qui ont mis en évidence des problèmes méthodologiques et de biais dans son calcul. Ces critiques antérieures fournissent un cadre important pour comprendre les points faibles de l'indice et la révision méthodologique proposée par Toszogyova et ses collègues dans leur  article.

Buschke et al. (2021) ont montré que le LPI est biaisé par une asymétrie fondamentale dans son calcul. Dans leurs simulations, ils ont constaté que des populations fluctuantes de manière aléatoire, mais symétrique par rapport à leur point de départ, généraient un LPI en déclin. Cela indique que même en l'absence de changement de population, le LPI tend à diminuer. Ce biais résulterait de la méthode de calcul des tendances de population.

Puurtinen et al. (2022) ont critiqué l'utilisation de la moyenne géométrique pour l’agrégation des tendances des populations. Ils ont argué que l’utilisation de cette moyenne conduit à un déclin systématique de l'indice, car les augmentations et les diminutions de population ne sont pas équilibrées sur une échelle arithmétique.

Wauchope et al. (2019) et Hébert et Gravel (2023) ont montré que l’erreur d’échantillonnage dans les séries temporelles courtes et la variabilité due à des facteurs environnementaux peuvent provoquer une sous-estimation ou une surestimation des tendances de population. Ces erreurs d’échantillonnage ont tendance à biaiser l’indice vers un déclin même lorsque les populations sont stables.

Fournier et al. (2019) ont mis en lumière un biais de sélection des populations étudiées dans le LPI. Ils ont constaté que les populations stables ou croissantes sont souvent sous-représentées dans les bases de données, ce qui peut entraîner une surestimation des déclins globaux.

Leung et al. (2020) ont montré que la pondération des régions géographiques et des taxons dans le calcul du LPI peut engendrer une surestimation des déclins, car certaines régions riches en espèces, comme les tropiques, exercent une influence disproportionnée sur l'indice global.

 

Si des manières alarmistes de vulgariser l'érosion de la biodiversité ont le mérite d'éveiller l'attention de certaines franges du public, elles ont aussi des défauts : développement d'un scepticisme sur la science en général et sur les sujets écologiques en particulier, risque de découragement si les efforts pour la biodiversité ne reconnaissent pas la hausse de certaines populations et la renaissance de certaines espèces. Il faudrait donc trouver des manières plus équilibrées de présenter les tendances des populations et les difficultés méthodologiques d'estimation de ces tendances.

Référence

Toszogyova A et al (2024), Mathematical biases in the calculation of the Living Planet Index lead to overestimation of vertebrate population decline, Nature Communications, 15(5295). doi: 10.1038/s41467-024-49070-x.

Références antérieures citées

Buschke, F. T., Hagan, J. G., Santini, L., & Coetzee, B. W. T. (2021). Random population fluctuations bias the Living Planet Index. Nature Ecology & Evolution, 5, 1145-1152.

Fournier, A. M. V., White, E. R., & Heard, S. B. (2019). Site-selection bias and apparent population declines in long-term studies. Conservation Biology, 33, 1370-1379.

Hébert, K., & Gravel, D. (2023). The Living Planet Index’s ability to capture biodiversity change from uncertain data. Ecology, 104, e4044.

Leung, B. et al. (2020). Clustered versus catastrophic global vertebrate declines. Nature, 588, 267-271.

Puurtinen, M., Elo, M., & Kotiaho, J. S. (2022). The Living Planet Index does not measure abundance. Nature, 601, E14-E15.

Wauchope, H. S., Amano, T., Sutherland, W. J., & Johnston, A. (2019). When can we trust population trends? A method for quantifying the effects of sampling interval and duration. Methods in Ecology and Evolution, 10, 2067-2078.

Influence des barrages sur les écosystèmes, la taille compte (Brown et al 2024)

En étudiant des caractéristiques telles que la géomorphologie, la chimie de l'eau, les communautés de poissons, d'invertébrés benthiques et la végétation riveraine, une recherche montre que les petits barrages ont des effets faibles comparativement aux grands. Pourtant, ce sont les petits barrages que les politiques publiques de continuité écologique détruisent en masse, au nom d'une hypothétique restauration des écosystèmes fluviaux, et sans grand intérêt pour les dimensions autres qu'écologiques. Peut-être faudrait-il prendre le temps d'un bilan physique, chimique et biologique des résultats obtenus par ces politiques avant de poursuivre un choix au coût non négligeable et aux impacts sociaux multiples ?

Exemples des systèmes hydrauliques étudiés par les auteurs de l'étude, source Brown et al 2024, art cit.

L’étude menée par Rebecca L. Brown et ses collègues porte sur les effets écologiques des barrages de tailles différentes, en vue de mieux comprendre comment la taille des barrages influence les résultats de leur démantèlement. L’analyse s’est concentrée sur 16 barrages dans la région du Mid-Atlantic, dont la hauteur varie entre 0,9 et 57,3 mètres, et les temps de résidence hydraulique (HRT) varient de 30 minutes à 1,5 an. L’étude a mesuré les effets sur plusieurs caractéristiques écologiques en aval des barrages, incluant la géomorphologie, la chimie de l’eau, la végétation riveraine, les invertébrés benthiques et les poissons.

Les 16 barrages sont répartis dans le sud-est de la Pennsylvanie, le nord-est du Maryland et le nord du Delaware. Chaque site a été choisi en minimisant les facteurs confondants (par exemple, la géologie et le climat). Les variables écologiques mesurées incluaient la température de l’eau, la largeur de la rivière, la morphologie des sédiments, la diversité des organismes aquatiques (périphyton, macroinvertébrés et poissons), ainsi que la diversité et la composition de la végétation riveraine.

Les résultats montrent que les grands barrages ont des effets beaucoup plus marqués sur la géomorphologie en aval. Par exemple, la largeur de la surface de l’eau est significativement plus importante en aval des grands barrages, tandis que les petits barrages ont peu ou pas d’effet. De même, les barrages plus grands ont tendance à réduire la qualité de l’eau, avec une diminution de l'oxygène dissous et une augmentation de la température en aval. Les grands barrages réduisent également les nutriments inorganiques comme l’azote et le phosphore, tout en augmentant les nutriments particulaires.

Les résultats révèlent des différences marquées en termes de composition et de diversité des espèces aquatiques selon la taille des barrages. En aval des grands barrages, la composition des poissons et des périphytons est plus dissemblable par rapport à l’amont, avec une diminution de la diversité des macroinvertébrés et une tolérance accrue à la pollution. En particulier, les grands barrages favorisent les espèces tolérantes à la pollution, tant pour les périphytons que pour les macroinvertébrés. Les chercheurs notent ainsi : "Le nombre total de taxons EPT (Éphéméroptères, Plécoptères, Trichoptères) et la richesse globale des espèces étaient négativement liés au temps de résidence hydraulique (HRT), tandis que le ratio EPT et la diversité de Shannon-Weaver étaient négativement liés à la hauteur du barrage ; tous présentaient des valeurs plus faibles en aval des grands barrages mais montraient peu de changement en aval des petits barrages." Pour les poissons, le signale est moins évident : "Aucune des huit variables concernant les poissons analysées n'a montré de différences fractionnelles significatives entre l'aval et l'amont lorsqu'on considère tous les barrages selon les tests de signe. Cependant, la différence fractionnelle de l'abondance des espèces généralistes était négativement liée à la hauteur du barrage, ce qui indique que les petits barrages avaient une plus grande abondance d'espèces de poissons généralistes en aval."

La végétation riparienne a également montré des réponses différentes selon la taille des barrages. Les grands barrages réduisent le nombre d’espèces invasives en aval, tandis que les petits barrages ont tendance à les favoriser. Cela pourrait être lié à des perturbations hydrologiques plus importantes causées par les grands barrages, empêchant l’établissement d’espèces invasives. Les auteurs notent que certains effets écologiques, comme la taille des sédiments, ne sont pas influencés par la taille du barrage. 

 

Les auteurs concluent que les grands barrages ont un impact beaucoup plus important sur les écosystèmes en aval, et que leur enlèvement pourrait donc offrir des bénéfices écologiques plus significatifs. Les résultats montrent que les petits barrages ont des effets relativement moindres.

Discussion

Les auteurs de cette recherche se placent dans une logique de priorisation des barrages à démanteler, avec un avis favorable à cette politique, comme beaucoup de leurs collègues travaillant en écologie appliquée et faisant donc des choix de valeur a priori sur les formes désirées des écosystèmes. Mais concernant les données analysées, et sans se prononcer sur le choix de détruire ou non des ouvrages hydrauliques, on observe surtout que l'impact des petits ouvrages est assez négligeable par rapport aux grands barrages construits à compter du 19e siècle. Ce résultat a déjà été trouvé dans d'autres recherches sur les sédiments, la ripisylve, les biodiversités bêta et gamma des bassins versants, dès lors que ces recherches prenaient en compte la taille (et parfois l'ancienneté) des ouvrages hydrauliques.

Référence : Brown R. L. (2024), Size-dependent effects of dams on river ecosystems and implications for dam removal outcomes, Ecological Applications, 34(6), e3016. 

Le débit environnemental, un concept politique et non uniquement scientifique (Alexandra et al 2023)

Les débits environnementaux ou débits écologiques (Eflows) sont souvent perçus comme une simple question technique : combien d’eau doit être libérée dans les rivières pour préserver les écosystèmes ? Pourtant, comme le démontrent Jason Alexandra et ses co-auteurs, cette problématique dépasse de loin les données hydrologiques. Derrière les décisions sur les flux d’eau se cachent des enjeux politiques, des luttes de pouvoir, des visions divergentes sinon conflictuelles sur la nature et le rôle des rivières dans nos sociétés. 

Dans une synthèse sur la notion de débit environnemental ou débit écologique (Eflows), Jason Alexandra et ses deux collègues explorent les diverses dimensions théoriques, politiques et pratiques liées à la gestion des ressources en eau, en particulier dans le cadre des efforts pour restaurer et préserver les écosystèmes fluviaux. Le concept de débits environnementaux ou écologiques s’inscrit dans une évolution des préoccupations environnementales depuis les années 1970. Il vise à équilibrer les besoins en eau des écosystèmes et des sociétés humaines. Il a connu un essor considérable au cours des quatre dernières décennies, passant d'une approche centrée sur des espèces spécifiques ou des segments de rivière à une approche plus intégrée visant à maintenir la santé globale des systèmes fluviaux et des services écosystémiques qu'ils fournissent.

Historiquement, les débits environnementaux ont émergé en réponse à la dégradation des écosystèmes fluviaux causée par la construction de barrages et les détournements d’eau. Au départ, ils se concentraient sur des flux compensatoires pour préserver des habitats critiques, notamment pour des espèces telles que le saumon. Cependant, le cadre conceptuel a rapidement évolué pour inclure des objectifs plus larges, tels que la restauration de la connectivité écologique et le maintien des services écosystémiques essentiels, comme l'approvisionnement en eau potable et la régulation des inondations. On reconnaît là des concepts présents dans la directive cadre européenne sur l’eau (2000), la loi française sur l’eau et les milieux aquatiques (2006) ou encore la récente réglementation européenne Restore Nature (2023).

Deux paradigmes dominent les débats sur les débits environnementaux, expliquent les universitaires : le paradigme des flux naturels et celui des services écosystémiques. 

Le premier insiste sur la nécessité de minimiser les altérations du régime fluvial par rapport aux conditions naturelles, tandis que le second se concentre sur l’atteinte d'objectifs spécifiques, notamment en maximisant les avantages pour les humains tout en maintenant la biodiversité. Ces paradigmes, bien que souvent combinés dans la pratique, reposent sur une dichotomie fondamentale entre les besoins de la nature et ceux de la société, ce qui peut parfois créer des tensions. Car « les débits environnementaux ne sont pas simplement des décisions techniques sur la quantité d'eau à libérer à des moments spécifiques, mais des décisions profondément politiques sur les valeurs et les besoins de qui sont priorisés dans l'allocation des ressources en eau »

L'une des principales raisons d'introduire des Eflows est d'améliorer la santé des écosystèmes fluviaux. Un écosystème en bonne santé est essentiel pour fournir des services tels que l'eau potable, la nourriture et l'énergie, qui soutiennent les moyens de subsistance humains. Cependant, la mise en œuvre de ces débits se heurte souvent à des difficultés techniques et politiques, notamment parce que les relations écologiques au sein des systèmes fluviaux sont complexes et difficiles à prédire. Malgré d’importants investissements dans la restauration des rivières, les succès enregistrés sont souvent mitigés. 

En plus de la santé écologique, les Eflows visent également la conservation de la biodiversité. Cette approche se fonde souvent sur des espèces indicatrices, dont la présence et la santé peuvent être des témoins de l’état général de l’écosystème. Le suivi de ces espèces permet de mieux comprendre les réponses biologiques aux régimes hydrologiques modifiés. Néanmoins, ce type de suivi reste souvent limité par la complexité des interactions écologiques et la variabilité des environnements fluviaux.

Un autre objectif clé des Eflows (mais moins souvent mis en avant en sociétés industrielles) est de renforcer les liens culturels entre les communautés et les rivières. De nombreuses cultures, notamment celles des peuples autochtones, ont des relations profondes avec les systèmes fluviaux, et la restauration de débits écologiques peut permettre de préserver ces liens. Cependant, des tensions subsistent, notamment lorsque les communautés locales sont marginalisées dans les processus décisionnels, ce qui a conduit à des revendications croissantes pour une gestion plus inclusive et équitable des ressources en eau.

La mise en œuvre des Eflows est confrontée à des défis sociopolitiques importants. En effet, la gestion de l'eau reste fondamentalement politique, soulevant des questions sur qui décide des priorités et des allocations des ressources hydriques. Les décisions sur les Eflows ne sont pas seulement des questions techniques, mais aussi des choix sociaux et culturels, souvent influencés par des rapports de pouvoir inégalitaires. Ces débats soulignent la nécessité d'une plus grande transparence et d'une participation accrue des parties prenantes locales dans les processus de décision.

Comme le soulignent les auteurs : « Notre analyse indique que la politique des débits environnementaux reflète des visions socialement construites et contestées de la nature et des systèmes fluviaux, et soulève des questions fondamentales sur la manière dont les décisions sont prises et par qui. Bien qu'il existe une tendance à dépolitiser les Eflows en rendant les décisions techniques, nous soutenons que, comme toutes les décisions d'allocation de l'eau et toutes les sciences hydrologiques, les Eflows impliquent des contestations sociopolitiques sur le contrôle des rivières. »

Enfin, le changement climatique pose un défi majeur pour la gestion des Eflows. Il modifie les régimes hydrologiques de manière imprévisible, rendant les références historiques moins pertinentes pour la planification future. Cela nécessite une adaptation des cibles en matière de débits environnementaux pour mieux répondre à l'incertitude croissante et aux nouveaux enjeux liés à la gestion des ressources en eau dans un contexte de changement climatique accéléré.

Bien que les débits environnementaux aient progressé sur le plan conceptuel et pratique, leur succès dépendra de la reconnaissance explicite des dimensions politiques et sociales qui sous-tendent la gestion des ressources en eau. Une approche plus intégrée, prenant en compte les perspectives écologiques, sociales et économiques, est essentielle pour parvenir à des accords équitables et durables sur la gestion des rivières et des ressources hydriques.

Discussion

Cet article, comme d'autres avant lui (voir par exemple Linton et Krueger 2020), pointe la double illusion naturaliste souvent à l’œuvre dans les politiques publiques de l’eau : la première est qu’il existerait une nature de référence antérieure aux modifications opérées par les humains, et que l’on pourrait restaurer cette nature ; la seconde est qu’une telle valorisation de la nature pré-humaine fait l’objet d’un consensus social, ou même d’une forte attente. 

Une des raisons de cette illusion est qu’elle a été propagée par certains chercheurs, ingénieurs, experts auprès des décideurs et des médias. Car Jason Alexandra et ses collègues pointent que le travail de recherche lui-même doit fait l’objet d’une critique réflexive : « Reconnaître le caractère chargé de valeurs de la recherche et de la pratique des débits environnementaux est une étape essentielle pour reconnaître le caractère chargé de valeurs de la science et de la gestion des rivières. Pour parvenir à des négociations plus équitables sur la gestion des rivières, nous plaidons pour une reconnaissance explicite des dimensions politiques des Eflows, y compris une plus grande prise de conscience des enjeux politiques culturels et ontologiques impliqués. » Comme l'avait pointé dans un essai critique l'hydrobiologiste Christian Lévêque (voir cet article), l'écologie oscille entre un registre scientifique comme science fondamentale du fonctionnement des écosystème et un registre plus idéologique comme recherche appliquée avec des choix de valeurs sur ce que devraient être les écosystèmes. Or la différence entre les deux approches est importante, car bien souvent le simple label « science » (vu comme analyse indiscutable par le non-scientifique) étouffe toute dimension critique dans le débat public. 

Ces réflexions doivent alimenter les prochaines révisions des législations sur l'eau en France et en Europe. Pendant une trentaine d'années, les décideurs ont simplement voté des normes écologiques sans réfléchir à la construction de ces normes ni à la diversité intrinsèque des visions de l'eau, de la biodiversité, des habitats. Ce temps est révolu. Les chercheurs et experts qui participent à la construction des normes auprès des administrations publiques doivent eux aussi se montrer plus explicites sur leurs paradigmes de recherche, car ces paradigmes influencent les hypothèses faites, les données recueillies, les modèles construits et en dernier ressort les directions suggérées. Une diversité des angles scientifiques est évidemment nécessaire, ainsi qu'une transparence argumentaire lorsque des approches peuvent être incompatibles.

Référence : Alexandra J et al (2023),  The logics and politics of environmental flows - A review, Water Alternatives, 16, 2, 346-373

A lire sur le même thème

"La science est politique : effacer des barrages pour quoi? Qui parle?" (Dufour et al 2017) 

L'opposition nature-société comme erreur fondatrice de la directive européenne sur l'eau et de la continuité écologique (Linton et Krueger 2020)

Barbegal : le génie hydraulique romain révélé par les dépôts de carbonate (Passchier et al 2024)

Grâce à l'analyse minutieuse des dépôts de carbonate laissés sur les structures du plus grand moulin hydraulique de l'Antiquité, les chercheurs ont révélé une histoire fascinante d'innovation technique, d'adaptation et d'abandon progressif. Comment l'ingéniosité romaine a su exploiter la puissance de l'eau pour nourrir son économie.

Le site de Barbegal, illustration extraite de l'article de Passchier et al.

Le site des moulins de Barbegal, situé dans le sud de la France près d'Arles, est considéré comme l'un des plus grands complexes industriels de l'Antiquité. Il date du IIe siècle de notre ère et a été utilisé principalement pour la production de farine. Ce complexe hydraulique romain est alimenté par un aqueduc qui détournait l'eau vers une série de moulins à eau. Le complexe se composait de 16 moulins répartis en deux rangées de huit, ce qui en fait un exemple remarquable d'ingénierie hydraulique et industrielle de l'époque romaine. Ces moulins utilisaient des roues à eau pour moudre des céréales, principalement pour approvisionner la ville d'Arelate (aujourd'hui Arles). Le site semble avoir été abandonné progressivement au cours du IIIe siècle de notre ère. 

Le moulin fonctionnait grâce à un ingénieux système de canaux et de roues hydrauliques. L'eau, captée depuis des sources locales, était acheminée dans des canaux en bois appelés « flumes », qui alimentaient les roues en cascade. Ce système a permis une production massive de farine, ce qui suggère que le site était un centre important pour l'économie locale, peut-être destiné à alimenter non seulement la ville, mais aussi l'armée romaine. L'étude des dépôts de carbonates présents sur les structures en bois et en pierre a permis aux archéologues de comprendre l'histoire de l'utilisation et l'entretien du complexe au fil des années. 

Les dépôts de carbonate indiquent que certaines parties du moulin ont cessé de fonctionner alors que d'autres continuaient, probablement avec une utilisation modifiée. Certains éléments du complexe ont été réutilisés plus tard, par exemple comme matériaux de construction dans des bâtiments voisins. Ce site, par son ampleur et sa complexité, illustre le savoir-faire romain en matière d'exploitation de l'énergie hydraulique à des fins industrielles.

Les chercheurs (Cees W. Passchier, Gül Sürmelihindi, Pierre-Louis Viollet, Philippe Leveau et Christoph Spötl) ont entrepris une étude approfondie du complexe de moulins de Barbegal en se concentrant sur les dépôts de carbonate formés sur les structures en bois des moulins, notamment les canaux (ou flumes) et les roues hydrauliques. Leur démarche repose sur l'analyse des fragments de carbonate conservés, qui ont été récupérés lors de fouilles anciennes, ainsi que sur l'étude in situ des dépôts restants. En examinant la microstratigraphie des dépôts de carbonate, ils ont pu reconstituer l'histoire de l'utilisation, de la maintenance, et de la modification des moulins sur une période d'environ 8 ans, jusqu'à l'abandon final du complexe. Ils ont aussi effectué des analyses isotopiques pour mieux comprendre les conditions environnementales et les régimes d'écoulement de l'eau à l'époque de fonctionnement des moulins.

L'intérêt spécifique de cette démarche réside dans l'utilisation innovante des dépôts de carbonate comme archives géologiques et archéologiques, permettant de reconstituer les détails techniques du fonctionnement du complexe, souvent difficiles à obtenir à partir des seules structures architecturales. Les carbonates offrent une image unique de l’histoire des moulins, notamment sur la durée d'utilisation de chaque flume, les changements dans la taille des roues hydrauliques et les ajustements techniques, comme l'élévation des canaux pour s'adapter à des roues de tailles différentes.

Les conclusions principales des chercheurs montrent que le complexe a connu des modifications techniques durant son exploitation, notamment le remplacement de deux roues et l'ajustement de la pente des canaux. Ils ont aussi découvert que certaines parties des flumes ont été réutilisées à des fins industrielles après l'arrêt des moulins, et que les dépôts de carbonate révèlent une dégradation progressive des structures. Enfin, cette étude souligne l'importance des systèmes hydrauliques dans l'économie romaine et apporte de nouvelles perspectives sur la manière dont les complexes industriels de cette époque étaient opérés et entretenus.

Traduction du résumé de l'étude 

"Le complexe de moulins romains de Barbegal en France est la plus grande structure préindustrielle d'Europe. Les incrustations carbonatées formées par l'eau circulant dans les bassins, sur les canaux et les roues hydrauliques du complexe du moulin sont en partie préservées. Les plus gros fragments de carbonate proviennent de trois canaux en bois qui servaient autrefois aux roues de trois moulins en train de huit. Les dépôts se sont formés à partir de la même eau qui se déplaçait d’un moulin à l’autre. La forme, la microstratigraphie et les profils d'isotopes stables des dépôts de chaque canal révèlent une histoire d'utilisation unique pour chaque usine au cours des 8 dernières années d'exploitation jusqu'à leur abandon définitif. Les dépôts de carbonate des parois latérales des canaux varient en forme en raison des différences de pente des canaux pendant le fonctionnement, associées aux meules de différentes tailles dans différents bassins. Au moins un des canaux devait être mobile et soulevé pour accueillir une roue de moulin de taille différente. Pendant 8 ans, deux meules ont été échangées et un canal a été mis hors service. Les dépôts de carbonate de deux canaux ont ensuite été réutilisés à des fins industrielles inconnues dans un bassin d'eau, et l'un d'eux a ensuite été intégré comme spolia dans un bâtiment à la fin de l'Antiquité."

Référence : Passchier CW et al (2024), Operation and decline of the Barbegal mill complex, the largest industrial complex of antiquity, Geoarchaeology, doi: 10.1002/gea.22016

Les rivières ne connaîtront pas de retour en arrière (Greene et al 2023)

La restauration de rivières est devenue une activité à budget mondial multimilliardaire, comme d’autres choix publics en écologie.  Mais cette profusion de moyens se tient toujours dans une certaine confusion des fins et des méthodes, observent trois scientifiques dans une réflexion sur leur discipline. Avec de possibles déceptions à la clé, car on ne peut pas revenir à un état antérieur de l’évolution, ni même promettre des résultats garantis compte-tenu de la complexité et de la contingence propres à chaque écosystème dans sa trajectoire évolutive.

Rachel H. Greene, Martin C. Thoms, et Melissa Parsons (Université New England, Armidale,  Australie) examinent les interventions de restauration des rivières visant à inverser les effets de la dégradation environnementale afin de ramener les écosystèmes à leur état antérieur, dit de «pré-perturbation». Les chercheurs questionnent la faisabilité et la pertinence de ces interventions dans l'ère de l'Anthropocène, où les impacts humains dominent les écosystèmes.

Voici le constat qui motive leur analyse :

« Les activités de restauration visent généralement à inverser les impacts de la dégradation de l’environnement et à ramener un système à son état d’origine ‘avant la perturbation’. Est-ce réaliste, réalisable, ou cela reflète-t-il un préjugé inconscient de l’Anthropocène, l’époque géologique actuelle où les perturbations humaines dominent les écosystèmes ? Des milliards de dollars sont investis chaque année dans la restauration des rivières à l’échelle mondiale, mais les données empiriques disponibles pour évaluer la récupération des rivières après ces activités sont limitées. Les modèles de réponse actuels, généralement basés sur les concepts d'équilibre et de stabilité, supposent que les rivières reviennent aux conditions d'avant la perturbation en supprimant ou en atténuant une perturbation ou un facteur de stress. »

Or, les auteurs constatent que les « recettes » de la restauration de rivières sont souvent copiées, mais ne sont pas interrogées sur leur validité conceptuelle. Cinq exemples sont donnés de manières de penser qui ne produisent pas toujours les résultats escomptés :

« Il existe cinq groupes principaux de méthodes de restauration des rivières : copie carbone, champ des rêves, avance rapide, livre de recettes,  commande & contrôle (Hilderbrand et al., 2005). S’appuyant sur la conviction de Clements (1936) selon laquelle les écosystèmes suivent une trajectoire prévisible vers un point final spécifique, la méthode de la copie carbone suppose qu’une réplique d’un état historique ou idéal peut être créée (Hilderbrand et al., 2005). Cependant, dans l’Anthropocène actuel, les objectifs qui reproduisent les conditions historiques peuvent s’avérer impossibles à atteindre en raison des différents régimes climatiques, de la composition de la végétation ou des pressions liées à l’utilisation des terres (Hilderbrand et al., 2005 ; Brierley et Fryirs, 2009 ; Nardini et Conte, 2021). Basées soit sur des photographies et des cartes historiques, soit sur la localisation d'anciens cours d'eau (Soar et Thorne, 2001), les méthodes de copie carbone impliquent souvent des solutions techniques, où dominent les principes de commande & contrôle. Les méthodes de commande & contrôle impliquent une manipulation physique active des systèmes fluviaux, ce qui réduit la résilience et la capacité d’adaptation du système (Gunderson, 2000) et se concentre davantage sur les symptômes plutôt que sur les causes de la dégradation des écosystèmes (Hilderbrand et al., 2005). Le champ des rêves repose sur l’hypothèse selon laquelle « si vous le construisez, ils viendront » (Palmer et al., 1997); cela ne tient pas compte de la complexité naturelle des rivières, des régimes de perturbations naturelles et anthropiques en cours et des trajectoires de réponse imprévisibles (Kondolf, 1995). Malgré le manque de preuves probantes, l’avance rapide est un type de restauration par lequel les gens supposent que les processus de succession écologique peuvent être accélérés pour atteindre un résultat souhaité ou une trajectoire de réponse spécifique (Hilderbrand et al., 2005). La méthode du livre de recettes suppose que les systèmes ayant des caractéristiques physiques ou écologiques similaires devraient avoir des réponses similaires aux mêmes activités de restauration. Cette hypothèse a conduit à l'utilisation continue de méthodes de restauration infructueuses quoique  publiées, courantes dans les techniques basées sur l'ingénierie (Hilderbrand et al., 2005). Les méthodes de livres de recettes donnent rarement de bons résultats, car elles simplifient à l’extrême la variabilité naturelle de systèmes fluviaux complexes qui présentent des caractéristiques, des sensibilités et des réponses diverses (Fryirs et Brierley, 2009). »

Dans leur article, Rachel H. Greene, Martin C. Thoms et Melissa Parsons proposent un cadre conceptuel pour la restauration et la réparation des rivières dans l'ère de l'Anthropocène, qui se distingue de ces approches traditionnelles par plusieurs aspects fondamentaux.

Reconnaissance du changement d'état des rivières : les auteurs soutiennent que les rivières de l'Anthropocène ont subi des transformations telles qu'elles ne peuvent plus revenir à leur état antérieur. Ils insistent sur le fait que la restauration des rivières ne devrait pas viser à restaurer un état passé mais plutôt à accroître la résilience et la capacité des rivières à supporter les perturbations futures.

Pensée en termes de résilience : la résilience implique de reconnaître et d'accepter que les rivières puissent avoir basculé dans un nouveau régime d'attraction ou un nouvel état stable en raison de l'Anthropocène. Une fois ce point de basculement franchi, il n'est pas possible de revenir en arrière, et donc, les efforts devraient se concentrer sur la préparation des rivières à rester fonctionnelles dans leur nouvel état.

Utilisation de l'écologie du paysage : les auteurs préconisent l'utilisation de principes d'écologie du paysage pour restaurer la hétérogénéité structurelle et fonctionnelle des paysages riverains. Cela inclut la création de diversités dans les habitats et les structures qui peuvent renforcer la biodiversité et améliorer la résilience des rivières face aux perturbations.

Science fluviale pour guider la réparation : la science fluviale est utilisée pour reconnaître l'importance de l'hétérogénéité physique à différentes échelles, ce qui aide à comprendre les sensibilités différentes aux perturbations et les trajectoires de récupération associées. Cela guide la sélection des types d'activités de restauration fluviale à des endroits spécifiques au sein d'un réseau de rivières.

Changement de paradigme dans la gestion des rivières : les auteurs appellent à un changement de paradigme dans la façon dont les rivières sont étudiées et gérées, en passant d'un objectif de restauration à un objectif de réparation. Cela signifie abandonner la référence à un état antérieur, qui peut ne plus être atteignable.

Discussion

La restauration écologique est dans une phase assez curieuse de son histoire. D’un côté, elle est devenue un lieu commun de l’époque, au moins dans les sociétés occidentales et industrialisées, une option assez largement acceptée par les décideurs et les populations. D’un autre côté, elle est conceptuellement instable et à mesure que la théorie se confronte à la pratique, il apparait de plus en plus difficile de promettre une « restauration » garante de tel ou tel état. 

Une partie des représentations écologiques de la restauration vient d’un héritage scientifique désormais dépassé du 20e siècle. Dépassé pour au moins trois raisons :

• on avait sous-estimé la profondeur et la persistance des changements de milieux opérés par les humains dans l’histoire de leur colonisation de la planète ; 
• on avait développé une approche trop déterministe et réductionniste où un milieu laissé à lui-même devait forcément passer par des phases successives le menant à un équilibre stable ainsi qu'à une "biotypologie" prévisible ; 
• on avait conceptuellement  séparé une nature idéalement isolé et des humains réduits à l’état d’impact externe sur cette nature, alors que l’action humaine est inséparable des altérations thermiques, hydrologiques, sédimentaires qui changent continuellement et substantiellement les trajectoires locales (et parfois globales) de la nature (dont cette action humaine est une partie intégrante).

Au final, l’ingénierie écologique ne signifiera pas le retour à un jardin d’Eden, comme elle est parfois naïvement représentée par ses partisans et acteurs. Les milieux aquatiques du futur seront différents de ceux du présent et du passé, tout comme leurs peuplements biologiques et leurs usages sociaux. Les arbitrages sur les aménagements fluviaux resteront des constructions complexes où les éléments naturels (habitats, faunes, flores) ne sont qu’un des critères de décision, à côté des formes, fonctions, pratiques et ressources que souhaitent préserver dans la durée les riverains d'un même bassin.

Référence : Greene RH et al (2023), We cannot turn back time: a framework for restoring and repairing rivers in the Anthropocene, Front. Environ. Sci., 11, doi.org/10.3389/fenvs.2023.1162908 

Un barbeau ibérique profite des aménagements de barrages hydro-électriques (Santos et al 2023)

L'examen d'un aménagement de barrage hydro-électrique sur la rivière Vilariça révèle des résultats intéressants pour la survie et la reproduction d'une espèce de barbeau ibérique. Il est possible de concilier les usages humains de la rivière et le maintien de la biodiversité fluviale. 

Les interventions humaines comme la construction de barrages modifient les conditions de connectivité dans les rivières, affectant ainsi la vie des organismes aquatiques, en particulier les poissons migrateurs. Les chercheurs en Europe comme dans le monde étudient comment divers procédés de compensation permettent d'améliorer malgré tout le cycle de vie des poissons par rapport à l'obstacle à leur circulation. Voici le résumé d'un travail mené sur une espèce de barbeau ibérique :

"Dans les systèmes fluviaux, où les organismes aquatiques sont limités à la vie au sein des réseaux de rivière, les barrières anthropiques peuvent interrompre la connectivité et contribuer à la fragmentation de l'habitat. La connectivité de l'habitat est particulièrement importante pour les poissons migrateurs qui doivent parcourir des distances considérables pour se rendre dans les zones de frai, d'alevinage et de refuge. 

Afin de soutenir les étapes cruciales du cycle de vie des espèces de poissons indigènes, des mesures compensatoires ont été établies dans la rivière Vilariça grâce à la construction de l'aménagement hydroélectrique de Baixo Sabor (BSHS). Ainsi, le but de ce travail est d'évaluer si les mesures mises en œuvre, telles que des seuils d'amélioration de l'habitat et un système de dérivation du débit libérant l'eau du BSHS, ont amélioré la survie et la reproduction d'une espèce indigène, le barbeau ibérique (ou barbeau du Tage, Luciobarbus bocagei). L'évaluation comprenait le calcul du nombre d'individus reproducteurs et de la superficie utilisable pondérée (WUA) de l'habitat de frai. De plus, pour évaluer l'activité de frai, une méthodologie de frai par unité d'effort (SPUE) a été développée. 

Les résultats ont montré que la migration et le frai de L. bocagei étaient améliorés par l'augmentation de la vitesse d'écoulement du système de dérivation. Les fascines installées ont également contribué au succès de la reproduction, car elles ont permis l'établissement d'aires de repos et de fraie essentielles à la période de reproduction. Il a été possible d'estimer la SPUE maximale de 5,4 frayères par minute dans les frayères avec une portée de 20 m et le nombre de poissons observés, qui variait entre 251 et 800 dans les frayères et les aires de repos. De plus, la WUA maximale a été estimée à 1 580 m2 pour un débit de 1 m3/s (entre le débit médian et maximum pour la saison de frai) dans un tronçon de 2 km de la rivière Vilariça. 

Ce travail a montré que la réhabilitation d'un affluent d'une rivière fragmentée suite à la construction de barrages était une procédure compensatoire valable car elle permettait la migration et le frai des poissons."

Cette recherche, comme bien d'autres, montre l'efficacité réelle des débits réservés, des aménagements d'habitats et des dispositifs de franchissement au droit des ouvrages hydrauliques barrant les lits mineurs. Cela plaide pour une restauration de continuité écologique conciliant les divers usages de la rivière.

Référence : Santos RMB et al (2023), Effect of river restoration on spawning activity of Iberian barbel (Luciobarbus bocagei), Journal for Nature Conservation, 76, 126488

Les effets des barrages sur les poissons migrateurs : ce que disent les données

Claude Delobel, chercheur en informatique et mathématiques appliquées, expert en analyse de données, revient sur un article scientifique récemment paru et dédié à l'influence des barrages sur les poissons migrateurs aux Etats-Unis. Il souligne que la lecture des données disponibles dans cet article doit être correctement hiérarchisée selon les poids des variables analysées. Car si l'on peut tirer une première conclusion d'importance, c'est que les variations actuelles de poissons migrateurs du réseau hydrographique nord-américain ne sont liées que marginalement aux barrages par rapport aux autres facteurs étudiés, en particulier naturels. 

Barrage de Glenn Canyon et réservoir du Lac Powell (source). 

Etude complémentaire de l’article de Dean et al. sur l’influence des barrages sur les poissons migrateurs aux Etats-Unis

Claude Delobel

Le site Hydrauxois (1) fait une analyse de l’article (2) publié en 2023 sur les facteurs qui influencent la richesse en poissons migrateurs dans 9 régions des USA en fonction des barrages sur les cours d’eau. La fragmentation des rivières due à la présence de barrages est un facteur pris en compte en le décomposant en différentes métriques selon la densité des barrages sur un segment de rivière mais aussi en intégrant les effets cumulatifs des barrages sur la totalité du bassin versant aval et amont. D’autres facteurs sont aussi étudiés comme ceux relatifs à l’environnement immédiat d’un segment de rivière en prenant en compte des facteurs naturels du territoire (température, pluviométrie, débit de base, pente) et les facteurs humains dans l’utilisation des sols (urbanisation, nature des cultures, prélèvement en eau, densité des croisements route-rivière). Cette étude est effectuée à grande échelle puisqu’elle porte sur 9 régions des USA avec 45 989 sites d’observations où les données sur les espèces de poissons sont collectées sur une large période de 1990 à 2019. Pour la description des grandes régions et la répartition des espèces on se reportera au site Hydrauxois. 

Le réseau fluvial est modélisé comme un ensemble de segments de longueurs variables dont les extrémités sont des confluences de rivières, des lacs ou réservoirs, les océans ou les grands lacs. A chaque segment est associé localement une portion de territoire qui représente la zone qui draine directement ce segment, mais aussi les surfaces relatives aux bassins versants aval et amont. On pourra ainsi associer à ces surfaces les facteurs naturels ou humains qui les caractérisent. 

Pour étudier ces corrélations multifactorielles entre la diversité des espèces migratrices et les facteurs environnementaux deux techniques informatiques développées à partir des années 2000 sont utilisées : «Canonical Correspondance Analysis » (CCA) et « Boosted Regression Tree » (BRT). Ces techniques permettent de traiter des grandes masses de données et sont particulièrement bien adaptées à la situation. Pour la compréhension de l’analyse BRT et son application en écologie on peut se reporter à l’article (3) sur l’étude des facteurs influençant les populations d’anguille en Nouvelle Zélande. 

Le site Hydrauxois décrit le cadre général de l’étude en ce qui concerne les principales régions des USA et les différentes familles de poissons migrateurs. Il commente les résultats de la première technique utilisée (CCA) sur les 9 régions. Nous reprenons la principale conclusion : «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. … 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.».

 

Nous souhaitons compléter ces commentaires en examinant l’autre partie de l’article relative à l’utilisation de la technique BRT. Nous verrons qu’elle apporte un éclairage complémentaire et surtout qu’elle met en lumière le rôle prépondérant des facteurs naturels du territoire dans la préservation des espèces migratrices. Cette deuxième technique utilisée est appliquée aux 4 régions de l’est des USA où la fragmentation des rivières est la plus sensible. Le modèle repose sur 14 variables explicatives classées selon trois catégories : les facteurs naturels du territoire, les facteurs humains dans l’utilisation des sols, et les métriques de fragmentation du réseau de rivières : 

• Facteurs naturels du territoire : surface de drainage du territoire associé au segment local de rivière, index de base de débit, moyenne annuelle de précipitation, moyenne annuelle de température, pente ;
• Facteurs humains dans l’utilisation des sols : urbanisation, culture des sols, prairie, prélèvement en eau, densité croisement route-rivière ; 
• Fragmentation du réseau de rivière : densité de barrage sur le segment principal (nombre de barrages par 100 km de longueur), degré de régulation, nombre total de barrages sur le réseau aval, nombre total de barrages sur le réseau amont. 

Analyser et hiérarchiser les rangs des variables prédictives

Le modèle évalue l’importance de ces 14 variables sur une partie des espèces migratrices, les poissons potamodromes (poisson ayant un cycle de vie en eau douce), et les résultats sont rassemblés dans la figure 1 ci-dessous. 

 

Figure 1. Extrait. TABLE 5 Mean rank (mean relative contribution, %) of environmental variables used to predict relative abundances of potamodromous fishes using BRTs in ecoregions of the UMW, SAP, CPL, and NAP within the eastern conterminous USA. 

Pour les 4 régions de l’est des USA dénommées respectivement UMW, SAP, CPL et NAP on trouve pour les 14 variables un premier chiffre qui donne le rang, c'est-à-dire l’importance relative de la variable, puis entre parenthèse le poids relatif de cette variable en %. Plus l’importance relative d’une variable sera grande plus le rang sera important. Rappelons que ces 4 régions correspondent respectivement : UMW, la région des grands lacs, SAP, la région sud des Appalaches, NAP, la région nord des Appalaches, et CPL les plaines de la côte ouest et sud-ouest. 

Les auteurs de l’article font les commentaires suivants. «Le rang le plus élevé des facteurs naturels du territoire est la température annuelle dans les régions NAP et SAP, la surface de drainage pour la région UMW, et la pente de la rivière pour la région CPL. La variable index de base de débit comme les variables surface de drainage et pente ont des rangs similaires dans les régions UMW et CPL. Parmi les facteurs humains, les espèces potamodrome de poisson sont influencées par un sol de type prairie dans les régions UMW et SAP, les sols cultivés dans la région CPL, et le prélèvement en eau dans la région NAP. Le nombre de barrages sur le réseau aval dans les régions SAP et UMW et la densité de barrages sur le segment principal dans les régions SAP et NAP ont des rangs plus déterminants que tous les facteurs humains de l’utilisation des sols. Plus particulièrement, l’influence des barrages sur le réseau amont (degré de régulation et nombre total de barrages sur le réseau amont) est moindre que tous les facteurs anthropogéniques, contrairement à l’influences des barrages sur le réseau aval qui est le facteur déterminant dans ces régions.».

Cette conclusion qui permet aux auteurs d’affirmer que dans trois régions de de l’est des USA (UMW, SAP, NAP) l’influence des barrages dans le réseau aval est plus déterminante que les facteurs humains doit être fortement relativisée, même si elle est réelle. En effet, ce constat est fondé sur la notion de rang d’une variable sans regarder son importance relative par rapport à l’ensemble de toutes les variables, le rang d’une variable peut être élevé alors que son poids relatif est faible. Par exemple la variable nombre de barrages sur le réseau aval pour la région SAP a le rang 5 sur 14, alors que son poids relatif est de 7% de toutes les variables prédictives. 

A partir du tableau de la figure 1, il est possible de le synthétiser en regroupant l’influence des variables par nature, les facteurs naturels du territoire (N), les facteurs humains dans l’utilisation des sols (H) et la fragmentation des rivières par les barrages (R). 

En effectuant ce regroupement il ne faut pas se méprendre sur l’interprétation de ce tableau. Nous n’avons pas fusionné les 5 variables relatives aux facteurs naturels en une seule variable prédictive, nous disons seulement, par exemple, que le poids relatifs de ces 5 variables pour la région UMW est de 60.2%. 

A partir de là, il est important de constater : (1) les facteurs naturels sont prépondérants et majoritaires dans les 4 régions et conditionnent la relative abondance des espèces de poissons potamodrome, (2) dans toutes les régions l’aspect fragmentation des rivières est moins important que les facteurs humains dans l’utilisation des sols, seule dans la région SAP les facteurs humains sont du même ordre de grandeur que les aspects fragmentation. 

 

Certes, ce regroupement nous a fait perdre en finesse, mais il nous a permis de mettre en lumière ce qui est essentiel. Dans toute interprétation d’un modèle il est bon à la fois de raisonner en grandes masses et aussi de se focaliser sur des aspects secondaires. 

La fragmentation figure dans les variables les moins significatives

Comme nous venons de le voir, l’aspect fragmentation existe mais constitue l’ensemble des variables les moins significatives. Toutefois quand nous examinons cet aspect, les 3 variables, densité moyenne d’un segment, nombre total de barrages sur le secteur aval ou amont ont des rôles différents. On constate tout d’abord que la variable relative au secteur amont joue un rôle négligeable, elle intervient au 13e rang sur 14 dans 3 régions UMW, SAP, et NAP, et elle apparait au 10e rang dans la région CPL. La densité moyenne en barrages d’un segment est seulement significative dans les régions NAP et SAP alors que dans les autres régions elle figure au dernier rang. Enfin, l’influence des barrages dans le réseau aval est la variable la plus sensible dans les régions UMW et SAP pour prédire la relative abondance des poissons potamodromes.

Les auteurs de l’article associeraient ce dernier fait à la position relative d’un segment de rivière dans le réseau fluvial, si un segment est en fin de bassin avec une surface de drainage importante : «la taille de rivière augmente, les canaux deviennent de plus en large et profond avec une surface et un volume d’eau offrant des habitats plus complexes pour une plus large diversité d’espèces.». 

La variable qui mesure le nombre de barrages du réseau aval d’un segment donné est dépendante de la position relative de ce segment, elle est d’autant plus grande que le segment est en tête de bassin versant et prend la valeur 0 pour un segment terminal à l’embouchure. Dans le cas des régions UMW et SAP la très grande majorité des segments de rivières sont des affluents directs ou indirects du fleuve Mississipi et la distance moyenne de ces segments à l’embouchure est très grande. En conséquence le nombre de barrages sur le réseau aval est important et peut impacter l’abondance des poissons potamodromes, ce qui pourrait expliquer la sensibilité et l’influence du réseau aval. Toutefois, dans le cas des poissons potamodromes les déplacements se font sur des distances assez courtes selon les espèces, de l’ordre de la dizaine de kilomètres, et restent donc localisés à une très faible zone du cours d’eau par rapport à la longueur totale du réseau hydrographique. En conséquence, l’abondance des poissons potamodromes devraient être plus influencés par la densité moyenne des barrages sur un segment que par l’importance du réseau aval. Il faut aussi constater que dans ces deux régions, UMW et SAP, c’est la surface de drainage qui est le facteur primordial de la diversité en poissons potamodromes. 

Ainsi, nous voyons la difficulté à faire une interprétation d’un phénomène complexe. Pour approfondir cette analyse, il faudrait disposer des graphiques qui décrivent l’effet de chaque variable sur l’abondance des poissons. Même si ces graphiques ne sont pas parfaits, car toutes les variables ne sont pas indépendantes les unes des autres, ce qui est le cas, ils fournissent une base solide à toute interprétation. En général les logiciels BRT fournissent ces résultats, mais ils ne sont pas présents dans l’article. 

Parmi d’autres études qui ont étudié l’influence des barrages sur les populations piscicoles on peut mentionner celle réalisée sur le bassin de la Loire (4) avec un indice de connectivité dépendant de la densité des barrages dans le réseau fluvial. Cette étude avait montré de façon générale une faible corrélation entre l’indice de connectivité et la qualité de l’indice poisson IPR avec toutefois des modulations plus fortes pour les espèces rhéophiles dans les régions où les pentes sont plus fortes sans toutefois mettre en évidence le rôle du réseau aval. De plus cette étude ne prenait pas en compte ni les propriétés naturelles du territoire ni les facteurs humains. 

En conclusion, si cette étude récente sur un vaste territoire comme celui des USA montre bien les difficultés à appréhender une réalité complexe où de multiples facteurs environnementaux interviennent, elle permet de mettre en lumière plusieurs phénomènes en les hiérarchisant les uns par rapport aux autres. Les facteurs naturels du territoire sont les plus importants dans l’abondance des espèces de poisson potamodromes avec en particulier trois facteurs essentiels relatifs à la température, à l’index de base de débit des cours d’eau et la surface de drainage, ceci doit être mis en rapport avec les évolutions climatiques prévisibles. Dans le futur, les conditions optimales de vie des espèces migratrices risquent d’être profondément affectés par ces changements comme ceci est d’ailleurs souligné par les auteurs de l’article. 

Notes

(1) http://www.hydrauxois.org/ Impact des barrages sur les poissons migrateurs des Etats-Unis (Dean et al 2023).

(2) E. M. Dean, Dana M. Infante, Arthur Cooper, Lizhu Wang, Jared Ross. Cumulative effects on migratory fishes across the conterminous United Stares Regional patterns in fish response to river network fragmentation. River Res. Applic. 2023, 39 : 1736-1748.

(3) J. Elith, J. R. Leathwick, T. Hastie. A working guide to boosted regression trees. Journal of Animal Ecology, 77(4), 802-813.

(4) Van Looy K., Tormos T., Souchon Y. Disentangling dam impacts in river networks. Ecological Indicators 37,10-20, 2014. 

A propos de l'auteur

Ancien Professeur des Universités de Grenoble et Paris XI. Ancien Directeur du laboratoire d'Informatique et de Mathématiques Appliquées de Grenoble (IMAG) associé au CNRS. Auteur d'un article sur les indices de connectivités dans les réseaux hydrographiques publié au Colloque de limnologie «étangs et lacs» à l'Université d'Orléans en 2021. Membres des Associations des Riverains de France (ARF) et des riverains de l'Indre et de ses affluents (ARDI). Co-fondateur de la coopérative Force Hydro Centre (FHC) pour le développement des énergies hydroélectriques.