Plan Loire Réunion de travail RDI - Bruxelles 18 et 19 mai 2010 Aude Beauger Fonctionnement, dynamique et gestion des milieux aquatiques: caractérisation hydroécologique des bras morts de l’Allier à partir des indicateurs diatomiques et des macroinvertébrés benthiques: implications de gestion et restauration

Plan de la présentation A.Sites d’étude B.Problématique générale C.Méthodologie D.Premiers résultats: - Diatomées des bras morts envasés Précaillé et Granvaux - Distribution spatiale des macroinvertébrés benthiques sur le bras mort de Auzon. 1.Site d’étude 2.Analyses statistiques 3.Résultats 4.Discussion et conclusion

A. Sites d’étude Zone amont Zone aval

Zone amont Auzon Lindes Précaillé Limagne brivadoise Zone aval Port-de-Ris Granvaux Mariol Amont Saint-Yorre CaractéristiquesZone amontZone aval Bras mort faiblement atterri AuzonPort-de-Ris Bras mort envasé PrécailléGranvaux Bras mort recreusé artificiellement LindesMariol A. Sites d’étude

Les différentes unités composant un bras mort, d’après Rollet et al. (2005, modifié) Hydrologie des bras morts soumise à une triple influence ; Bras morts présentent une tendance naturelle à l’envasement et l’atterrissement, souvent accélérée par l’impact de l’homme (drainage des zones humides) ; Les annexes fluviales constituent des zones à forte diversité biologique :  forte hétérogénéité des conditions abiotiques = forte diversité des habitats;  grande diversité des sources de matières organiques : - hydrophytes - production phytoplanctonique, benthique et périphytique - apports organiques allochtones : litière, MO du chenal, … Contexte scientifique B. Problématique générale

Or, ce sont des milieux qui rendent d’importants services à la société : ressource en eau ; espace d’expansion des crues ; milieux favorisant la dénitrification ; réservoir de la biodiversité aquatique et semi-aquatique… Ils constituent notamment : des zones de refuge pour le peuplement piscicole en période d’étiage prononcé, d’événement hydrologique majeur ou de pollution ; des zones favorables pour la reproduction en offrant de bonnes conditions de frai, de nidification et de nurserie pour de nombreuses espèces piscicoles. Préserver les fonctionnalités des annexes hydrauliques en identifiant des caractéristiques fonctionnelles spécifiques, propres à leur permettre d’assurer les services qu’on souhaite leur attribuer ou leur voir jouer. Un enjeu majeur de la gestion des hydrosystèmes (DCE eau) Objectifs.Appréhender la biodiversité à partir de deux groupes trophiques (macroinvertébrés et diatomées); Appréhender les clés de leur distribution spatiale (liens avec les variables abiotiques) et ce qu’ils nous indiquent des conditions écologiques. En déduire les implications futures de gestion et de restauration

Physico-chimie de l’eau Diatomées et macroinvertébrés C. Méthodologie

Echantillonnage mensuel 1 point de référence rivière Allier 2 points par bras mort (amont et aval) :  in-situ mesure de la conductivité et de la température de l’eau.  en laboratoire mesure de la concentration en : oxygène dissous, pH, rH et ions ( ammonium, calcium, chlorures, nitrates, nitrites, orthophosphates, sodium et sulfates ). Depuis juin 2009, 180 échantillons d’eau ont été collectés et analysés. Mesures physico-chimiques Physico-chimie de l’eau

Diatomées et macroinvertébrés Deux campagnes d’échantillonnage (juin et septembre 2009) 1 point de référence rivière Allier (diatomées) Echantillonnage à l’amont et à l’aval de chaque bras mort Localisation à l’aide d’un DGPS de chaque point d’échantillonnage

Collecte des diatomées soit sur substrats minéraux / macrophytes soit dans les sédiments fins Mise en place de diatomètres Aspect qualitatif Aspect quantitatif

Collecte des macroinvertébrés benthiques dans les macrophytes, substrats minéraux, vase, litière Nombre d’échantillons collectés en 2009: En juin : 214 échantillons de diatomées et macroinvertébrés + 16 échantillons de diatomées issus des diatomètres En septembre : 188 échantillons de diatomées et macroinvertébrés + 16 échantillons de diatomées issus des diatomètres

10µm 50 µm 10µm Partie aval des bras morts Précaillé et Granvaux, fortement atterris : présence de taxons rares Fragilaria dilatata Caloneis amphisbaena Craticula cuspidata Pinnularia transversa et de grandes dimensions Taxon polluo-résistant Précaillé: taxons typiques des eaux à conductivité et à concentration en ion chlorure élevées D. Premiers résultats: Diatomées des bras morts envasés

D. Premiers résultats: Distribution spatiale des macro- invertébrés benthiques sur le bras mort de Auzon Traitement des données physico-chimiques. Analyse en Composantes Principales associée à des analyses inter-zones. Traitement des données biologiques. - Tests paramétriques sur les richesses totales et les densités (ANOVA à un facteur). - Analyse Factorielle des Correspondances associée à des analyses inter-zones. Zone amont Auzon Lindes Précaillé Limagne brivadoise 1.Site d’étude 2.Analyses statistiques

3.Résultats a- Caractéristiques physico-chimiques Caractéristiques physico-chimiques: a= concentration en oxygène dissous; b= température de l’eau; c= pH et d= conductivité.

Principales caractéristiques physico-chimiques de la rivière Allier et du bras mort. CaractéristiquesRiver AllierPartie amontPartie aval Faible Conductivité, concentration en: calcium et magnésium Température de l’eau, concentration en oxygène dissous et pH Elevée Température de l’eau, concentration en oxygène dissous, pH et concentration en nitrates Conductivité, concentration en: calcium et magnésium Conductivité, température de l’eau, concentration en oxygène dissous, pH et concentration en nitrates, calcium et magnésium Premier plan factoriel des variables et des relevés dans l’analyse inter- sites. Am = Amont; Av = Aval. Différences physico- chimiques entre les 3 sites statistiquement significatives (53% de la variabilité totale).

Richesse totale estimée et densité relevées sur les zones amont, intermédiaire et aval (IC = Intervalle de Confiance). Saison Printemps Eté Saison: Chao2 (95% IC) 155 ( ) 105 (82-167) Zone amont: Chao2 (95% IC) 43 (36-65) 55 (43-92) Zone intermédiaire: Chao2 (95% IC) 71 (57-110) 66 (54-106) Zone aval: Chao2 (95% IC) 93 (67-166) 73 (54-136) Densité (moyenne ± DS) (ind.m - ²) 7,518 ± 9,784 21,943 ± 42,122 b- Evolution de la macrofaune - Différences biologiques entre les 2 saisons statistiquement significatives. - Différences biologiques entre les 3 zones statistiquement significatives en considérant la richesse.

AFC: Premier plan factoriel des centres d’inertie des prélèvements réalisés sur 3 zones du bras mort et des taxons (abondance relative > 1%) dans l’analyse inter-zones. Am = Amont; Av = Aval. Différences biologiques entre les 3 zones statistiquement significatives (33% de la variabilité totale). AMONT: broyeurs ; AVAL: racleurs-brouteurs, filtreurs et mangeurs de sédiments fins

Amont: - Envasement fort + dégradation de la matière organique  concentration en oxygène dissous faible. - Connexion avec l’eau de nappe  température faible, dureté de l’eau et conductivité élevée. - Habitats = sédiments fins, vases et substrats minéraux grossiers. RICHESSE FAIBLE Intermédiaire: - Zone peu profonde et courante (concentration en oxygène dissous élevée). - Dominance de substrats minéraux. RICHESSE PLUS ELEVEE LISTE TAXONOMIQUE DIFFERENTE Aval: - Connexion avec la rivière Allier  influence alluviale. - Phénomène de « downwelling » et « upwelling » dans la zone intermédiaire  modification aval. 4.Discussion et conclusion

Aval: - connexion par l’aval avec la rivière Allier  influence alluviale - phénomène de « downwelling » et « upwelling » dans la zone intermédiaire - habitats diversifiés RICHESSE ELEVEE LISTE TAXONOMIQUE DIFFERENTE AMONTAVAL Boulton A.J., Findley S., Marmonier P., Stanley E.H. & Valett H.M., The functional significance of the hyporheic zone in streams and rivers. Annual Review Ecological System, 29, Lefebvre S., Marmonier P. & Peiry J.L Nitrogen dynamics in rural streams: differences between geomorphologic units. Annales de Limnologie. International Journal of Limnology, 42, Echanges hydrologiques amont-aval et surface-eau souterraine dans l’ancienne unité géomorphologique seuil

Conclusion: - Influence de l’eau de nappe sur les variables physico- chimiques et sur les communautés; - Véritable évolution amont-aval avec des broyeurs à l’amont et des racleurs-brouteurs et mangeurs de sédiments fins à l’aval  River Continuum en miniature. Perspectives: Effectuer les mêmes analyses sur les autres bras morts (de manière individuelle et globale) en utilisant les macroinvertébrés et les diatomées. MERCI DE VOTRE ATTENTION!