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Ecosystème aquatique (HU) : Différence entre versions

De Wikibardig
(La dimension longitudinale)
(Les écosystèmes d'eau courante)
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[[File:typologie_coursd'eau.JPG|600px|center|thumb|<center>''<u>Figure 4</u> : Évolution des caractéristiques morphologiques des cours d'eau en fonction de la surface du bassin versant selon un gradient amont - aval ; <u>Source</u> : [https://professionnels.ofb.fr/sites/default/files/pdf/RecueilHydro_15-typologies_2018v6.pdf centre de ressource OFB].''</center>]]
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[[File:typologie_coursd'eau.JPG|800px|center|thumb|<center>''<u>Figure 4</u> : Évolution des caractéristiques morphologiques des cours d'eau en fonction de la surface du bassin versant selon un gradient amont - aval ; <u>Source</u> : [https://professionnels.ofb.fr/sites/default/files/pdf/RecueilHydro_15-typologies_2018v6.pdf centre de ressource OFB].''</center>]]
  
 
Les principaux facteurs qui sont associés à cette typologie et qui déterminent l'écologie des cours d'eau sont :
 
Les principaux facteurs qui sont associés à cette typologie et qui déterminent l'écologie des cours d'eau sont :

Version du 7 janvier 2022 à 08:42

Traduction anglaise : Aquatic ecosystem

Dernière mise à jour : 07/01/2022

Écosystème doué d’une certaine autonomie et susceptible d’être étudié isolément dans lequel le rôle de l’eau est essentiel (cours d’eau, lac, estuaire, etc.).

On distingue classiquement les écosystèmes marins et les écosystèmes continentaux, même si la distinction n’est pas toujours facile (par exemple dans le cas d’un estuaire). Nous traiterons exclusivement ici le cas des écosystèmes continentaux.

Sommaire

Les différents types d'écosystèmes aquatiques et leur délimitation

Classiquement on distingue quatre grandes familles d'écosystèmes aquatiques :

  • les écosystèmes d'eau stagnantes, de type lac ou étang ;
  • les écosystèmes d'eau courante de type rivière ;
  • les écosystèmes qui ne sont pas en eau de façon permanente de type marais ou zones humides ;
  • les écosystèmes de type eaux souterraines.

En pratique, cette distinction est loin d'être simple. Par exemple, les lacs ou les zones humides sont souvent partie intégrante des systèmes fluviaux avec lesquels ils interagissent fortement (annexe hydraulique) ; les rivières et les nappes d'eau souterraines entretiennent des relations très étroites et les échanges sont permanents entre les cours d'eau et leur nappe d'accompagnement.

Les limites que l'on peut mettre à un écosystème ainsi que sa classification ont donc toujours une part d'arbitraire. Cette part est encore accentuée par différents éléments :

  • selon les périodes le niveau de l'eau peut varier de façon très importante et la limite physique de la partie aquatique de l'écosystème n'est jamais la même ;
  • si un étang ou un petit lac peuvent assez facilement être considérés comme des écosystèmes autonomes et constituant un tout, ce n'est pas le cas d'un cours d'eau qui doit obligatoirement être sectorisé longitudinalement alors qu'il y a bien évidemment une continuité depuis la source jusqu'à l'embouchure ;
  • même si la dimension aquatique est par définition principale, tous les écosystèmes aquatiques échangent de façon forte avec leur environnement aérien (échanges gazeux par exemple) et terrestre (apports de matière et de nutriment par exemple) ;
  • beaucoup d'espèces animales non strictement (voire non principalement) aquatiques sont dépendantes des écosystèmes aquatiques et contribuent à leur fonctionnement ; il peut s'agir d'insectes, d'oiseaux, mais aussi de mammifères ; les écotones qui sont à la limite des écosystèmes aquatiques et terrestres constituent d'ailleurs souvent des zones essentielles sur le plan écologique.


Figure 1 : Même si les berges d'un lac de montagne semblent clairement marquer les limites de cet écosystème aquatique, la réalité est souvent plus complexe car ce niveau change selon les saisons, qu'il est alimenté par des eaux souterraines, qu'il alimente un petit torrent, que son remplissage varie avec les saisons, etc. ; crédit photo : Bernard Chocat.

Pour ces différentes raisons il est clair que les limites que l'on pose pour étudier un écosystème aquatique sont toujours artificielles et qu'il est indispensable d'étudier également les échanges entre l'écosystème considéré et son environnement.

Différents constituants des écosystèmes aquatiques

Un écosystème aquatique constitue un système complexe, c'est à dire constitué d'un grand nombre d'éléments interagissant entre eux et tel que les relations entre les éléments sont au moins aussi importantes que les éléments eux mêmes. Ces éléments sont de deux types : les éléments physiques qui constituent le biotope et les éléments vivants qui constituent la biocénose.

Éléments du biotope

Les conditions de vie offertes par l'écosystème vont bien évidemment conditionner fortement son fonctionnement. Parmi les principaux éléments physiques figurent le climat et la nature de l'écosystème : dimensions, profondeur, vitesse de l'eau, débit (ou plus exactement régime), température, oxygénation, composition chimique de l’eau, nature des fonds, etc..

Éléments de la biocénose aquatique

La biocénose regroupe l'ensemble des organismes vivants qui peuplent l'écosystème. Il existe plusieurs classifications possibles. La plus pertinente vis à vis du fonctionnement consiste à considérer les trois groupes d'organismes suivants selon les modalités de leur nutrition :

  • les producteurs comprennent l'ensemble des végétaux autotrophes (littéralement, qui se nourrissent eux-mêmes) et en particulier les plantes chlorophylliennes, qui réalisent la photosynthèse et utilisent des éléments minéraux pour synthétiser les substances biochimiques indispensables à leur croissance et à leur reproduction ; on parle parfois de phytocénose ;
  • les consommateurs correspondent à l'ensemble des organismes hétérotrophes (qui exigent pour leurs besoins la présence de matière organique) et qui se répartissent en différents niveaux selon par exemple qu'ils se nourrissent d'aliments végétaux (consommateurs primaires) ou animaux (consommateurs secondaires, tertiaires, etc.) ; on parle parfois de zoocénose ;
  • les décomposeurs sont également des organismes hétérotrophes (vers, bactéries, champignons) qui se nourrissent de matière organique morte qu'ils minéralisent, ce qui permet un recyclage et une réutilisation par les producteurs. Voir Cycle trophique.


Figure 2 : Les demoiselles ne sont pas des organismes vraiment aquatiques mais elles dépendent étroitement de la présence de l'eau pour leur reproduction et leur survie ; crédit photo : Bernard Chocat.

Tous ces organismes interagissent entre eux de multiples façons : cohabitation, compétition, prédation, parasitisme. Ils échangent également avec les éléments du biotope qu'ils sont capables de modifier. Biotope et biocénose évoluent donc conjointement et interagissent. Si le milieu se trouve modifié artificiellement ou naturellement, la biocénose se transforme et s'ajuste aux nouvelles conditions du milieu, jusqu'à l'établissement d'un nouvel état d'équilibre provisoire (voir Trajectoire écologique (HU)). Les transformations de la biocénose se traduisent par des changements qualitatifs et quantitatifs au niveau des espèces et/ou associations d'espèces présentes dans un milieu donné et ayant certaines exigences vis-à-vis de ce dernier.

L'analyse de la biocénose permet une approche globale des facteurs et des événements majeurs du milieu biophysique. Lorsque l'on veut évaluer la qualité ou le niveau de perturbation d'un écosystème, on peut donc le faire par l'intermédiaire de l'étude des caractéristiques de la biocénose, que l'on apprécie au moyen de relevés et d'observations de terrain destinés à mesurer certains facteurs comme : la fidélité des espèces, leur abondance, leur diversité, etc. Quand on parle de fidélité des espèces par rapport à une biocénose donnée, il s'agit de classer ces dernières en plusieurs catégories. Les espèces dites caractéristiques sont présentes dans tous les relevés d'une même biocénose, parfois on ne les retrouve même que là. Les espèces dites préférantes sont celles que l'on retrouve en plus grand nombre de spécimens dans une biocénose particulière. Les espèces étrangères y ont été amenées accidentellement et les espèces indifférentes se retrouvent dans des biocénoses très diverses et le nombre de leurs représentants est restreint.

C'est sur ce principe que reposent par exemple les systèmes d'indices biotiques, mis en place pour apprécier la qualité globale d'un milieu aquatique.

Exemples d'écosystèmes aquatiques

Les écosystèmes d'eau stagnante

Le terme de plan d'eau englobe divers types d'espaces aquatiques d'eaux stagnantes tels que les lacs (d'origine naturelle), les retenues (d'origine artificielle à vocation spécifique : hydroélectricité, écrêtement de crue, soutien d'étiage, etc.), les gravières (d'origine artificielle, créées par extraction de granulats et essentiellement alimentées par la nappe souterraine) et les étangs (d'origine naturelle ou artificielle). Malgré leurs origines diverses, ces écosystèmes présentent des points communs en matière de fonctionnement, tant physique que biologique.


Figure 23 : Les lacs peuvent avoir des origines multiples, comme ici une gravière remise en eau ; crédit photo : Bernard Chocat.

Divers phénomènes physiques influent sur les masses d'eau stagnante et agissent sur l'écologie des eaux et des berges. Les propriétés physiques de l'eau (variation de densité en fonction de la température, viscosité, etc.), l'action du soleil (réchauffement des eaux) et du vent (agitation superficielle, courant), ainsi que le rythme des saisons expliquent les phénomènes de stratification thermique, à l'échelle journalière (alternance jour-nuit) et/ou à l'échelle saisonnière (été-hiver), qui se manifestent dans les plans d'eau profonds. Ils s'accompagnent d'une stratification fonctionnelle biologique qui est liée aux phénomènes de photosynthèse et de minéralisation de la matière organique.

Selon leur localisation, on distingue dans les écosystèmes d'eau stagnante les espaces vitaux suivants : la zone pélagique (ou zone d'eau libre ) et la zone benthique (ou zone de terre ).

Dans la zone pélagique, une subdivision en profondeur est établie en relation avec la quantité de lumière qui pénètre dans l'eau et qui est utilisée par les végétaux autotrophes (capables de photosynthèse). La couche superficielle, accessible par le rayonnement solaire (20 mètres au maximum sous nos latitudes), présente un bilan photosynthétique positif (production de substances organiques nutritives et dégagement d'oxygène supérieur à la consommation). Elle est suivie par la zone crépusculaire (dénuée de lumière) où le bilan photosynthétique est négatif (pas de production primaire, l'oxygène consommé n'est pas remplacé et des phénomènes de fermentation peuvent apparaître). La séparation entre les deux zones correspond à ce que l'on appelle le niveau de compensation, atteint par à peu près 1% de la lumière de surface. Les organismes vivants qui résident dans la zone pélagique possèdent la faculté physique de se maintenir en suspension (plancton ) ou de nager activement (necton).

La zone benthique peut, elle aussi, être subdivisée en deux parties : une zone littorale et une zone profonde. Dans la zone littorale, les diverses communautés vivantes s'organisent selon une zonation verticale. Ainsi, en prenant comme exemple les ceintures végétales successives, on peut distinguer la zone de rivage supérieure (hors d'eau) occupée en particulier par des forêts marécageuses (aulnes et saules) et la zone soumise aux variations du niveau des eaux du plan d'eau occupée par des hydrophytes (végétaux adaptés à la présence de l'eau). Quant à la zone profonde, elle est dénuée de producteurs et surtout peuplée d'animaux qui se nourrissent de la biomasse vivante (consommateurs) et/ou morte (décomposeurs) rapportée du littoral et provenant de la zone pélagique. Les plans d'eau ne doivent pas être considérés comme des systèmes entièrement clos. Ils sont dépendants des apports d'eau superficielle du bassin versant qui sont de nature à modifier la qualité du milieu. Une partie des éléments entrant dans les plans d'eau proviennent en effet du bassin versant. On pense en particulier à l'azote et au phosphore.

Il faut noter que l'influence des apports polluants dépend largement de la durée de séjour des eaux dans le plan d'eau, qui peut varier de quelques jours à plusieurs années.

Les écosystèmes d'eau courante

Les eaux courantes sont des écosystèmes ouverts qui peuvent être classés selon différents critères, par exemple la largeur du lit de la rivière ou la surface du bassin versant (voir figure 4). Ainsi, peut-on distinguer :

  • les petits ruisseaux (jusqu'à 1 mètre de large et une superficie de bassin versant inférieure à 2 km2) ;
  • les grands ruisseaux (de 1 à 3 mètres de large, bassin versant de 2 à 50 km2) ;
  • les petites rivières (3 à 10 mètres, bassin versant de 50 à 300 km2) ;
  • les grandes rivières et les fleuves (plus de 10 mètres de large et une zone d'influence comprise entre 50 et 300 km2 en montagne, et entre 300 et 500 km2 en plaine).


Figure 4 : Évolution des caractéristiques morphologiques des cours d'eau en fonction de la surface du bassin versant selon un gradient amont - aval ; Source : centre de ressource OFB.

Les principaux facteurs qui sont associés à cette typologie et qui déterminent l'écologie des cours d'eau sont :

  • le courant ;
  • les processus d'érosion et de sédimentation ;
  • le régime des eaux (alternance entre crues et étiages).

En relation avec ces facteurs, les écosystèmes d'eau courante peuvent être analysés selon quatre dimensions fondamentales :

  • trois dimensions spatiales : longitudinale, transversale et verticale ;
  • une dimension temporelle : les rythmes saisonniers et journaliers.

Ce système à quatre dimensions interdépendantes constitue l'hydrosystème, c'est-à-dire un ensemble d'écosystèmes soumis à un même régime de perturbations et dont l'agencement spatial et le fonctionnement répondent à la notion de continuum.

La dimension longitudinale

Elle se réfère à tous les phénomènes résultant des flux unidirectionnels le long du gradient amont-aval (voir figure 4), à savoir :

  • une augmentation des débits, des profondeurs et des largeurs du cours d'eau ;
  • une diminution des vitesses, des pentes et de la granulométrie des sédiments.

A ce gradient longitudinal sont associées des conditions écologiques particulières entraînant des changements progressifs des peuplements faunistiques et floristiques (voir figure 5). Ces changements sont liés d'une part, à la capacité d'adaptation des espèces vis-à-vis des contraintes du milieu (nature du substrat, vitesse de courant, température et oxygénation des eaux) et d'autre part, aux ressources alimentaires disponibles (algues ou végétaux aquatiques, matière organique morte, proies accessibles).

Cette caractéristique est utilisée par les scientifiques pour définir, en relation avec des sites et des biotopes, des zonations longitudinales pour les espèces animales ou végétales. Les classifications les plus connues ont été établies à partir des poissons (Huet, 1949), à partir des invertébrés (Illiès et Botosaneanu, 1963 ; Verneaux, 1973) et à partir des oiseaux (Roché en 1982, voir Roché et al, 2016).


Figure 5 : Mise en correspondance des zonations écologiques et typologiques des cours d’eau ; Source : centre de ressource OFB.

On peut noter que ces zonations (en particulier celles établies à partir des invertébrés et des poissons) sont utilisées pour définir la qualité des milieux. En d'autres termes, les espèces (en qualité et en quantité) servent d'indicateur biologique de la qualité du milieu aquatique. Voir Bioindicateur.

La dimension transversale

Cette dimension considère les interactions qui se manifestent entre les cours d'eau et les espaces adjacents, à la faveur du ruissellement de surface, des crues et des étiages. Elles se traduisent par des flux bidirectionnels horizontaux. Les connexions horizontales déterminent la présence d'écosystèmes riverains particuliers en relation avec le cours d'eau, tels que les zones humides ou les forêts alluviales.

La dimension verticale

Dans la mesure où les eaux peuvent s'infiltrer et circuler à travers les alluvions, il convient de considérer une dimension verticale. Elle traduit la superposition des écosystèmes superficiels et souterrains, ainsi que leurs échanges tant au niveau de l'axe majeur du cours d'eau (sous-écoulement) que sur les marges (nappe alluviale et nappe phréatique). La qualité des échanges verticaux dépend principalement de deux facteurs : le colmatage du fond du lit et la porosité du substrat. La profondeur des habitats souterrains peut être très grande. Des organismes nombreux et variés peuvent ainsi être récoltés à différents niveaux de l'aquifère, parfois au-delà de 100 mètres de profondeur [Gibert & al., 1996].

L'interface entre le milieu aquatique superficiel et souterrain constitue un milieu de vie particulier car il abrite à la fois des espèces issues de la surface et des espèces du système phréatique. En outre, cet écotone (interface entre deux milieux) joue un rôle de refuge, en particulier pour les invertébrés, en cas de pollution ou de changement de débit dans le cours d'eau

La dimension temporelle

Pour le concept d'hydrosystème fluvial, la dimension temporelle apparaît comme très importante. En effet, des événements comme les crues et les étiages, qui interviennent annuellement, influencent la structure physique et morphologique de la rivière, ainsi que l'organisation et le fonctionnement des écosystèmes associés. A un autre niveau, les processus de dynamique fluviale qui s'opèrent à des échelles de temps comprises entre 10 et 100 ans (érosion, sédimentation, changement de tracé de cours d'eau) modifient largement les biocénoses (changements de peuplements). Enfin, l'organisation et le fonctionnement de l'hydrosystème sont affectés par des processus géomorphologiques plus globaux et des changements climatiques majeurs à plus long terme.

Bibliographie

  • Acot, P. (1988) : Histoire de l'écologie ; Ed. PUF ; 285 p.
  • Amoros, C., Petts, G.-E. (1993) : Hydrosystèmes fluviaux ; Ed. Masson ; 300 p.
  • Drouin, J.-M. (1991) : Réinventer la nature, l'écologie et son histoire ;Ed. DDB ; 208 p.
  • Duvigneaud, (1982) : La synthèse écologique ; Ed. Doin.
  • Heinrich, D., Hergt, M. (1993) : Atlas de l'écologie ; Ed. Livres de Poches ; 99 p.
  • Huet, M.(1949) : Aperçu des relations entre la pente et les populations piscicoles des eaux courantes ; Revue Suisse d'Hydrologie ; vol. XI :, fasc. 3/4 ; pp. 332-351.
  • Illies J., Botosaneanu L. (1963) : Problèmes et méthodes de la classification et de la zonation écologique des eaux courantes, considérée surtout du point de vue faunistique ; Mitt. int. Ver. Limnol. ; 12 ; pp 1–57.
  • Pourriot, R., Meybeck, M. (1995) : Limnologie générale ; Ed. Masson.
  • Roché, J.E., Witté, I., Comolet-Tirman, J., Siblet, J.P., Cochet, G., Deceuninck, B., Frochot, B., Guillot, G., Muller, Y., Nicolau-Guillaumet, P., Olioso, G. (2016) : Propositiond e classificattion par l'habitat des oiseaux nicheurs de France. test de l'influence du niveau typologique sur des diagnostics de tendance ; Alauda ; revue internationale d'ornithologie ; LXXXIV - 2 pp 111-144.
  • Verneaux J. (1973) : Cours d’eau de Franche-Comté (Massif du Jura). Recherches écologiques sur le réseau hydrographique du Doubs. Essai de biotypologie ; Thèse d’état, Besançon : 257p.

Mot en chantier

Pour en savoir plus : dossier CNRS sur les écosystèmes aquatiques

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