Etat de santé des rivières karstiques franc-comtoises en relationavec les pressions anthropiques sur leurs bassins versants :

Proposition d’un programme-atelierde recherches sur la Loue

Pierre-Marie BADOT et François DEGIORGI (coordinateurs)

Avec : Gregorio CRININadia CRINIMyriam EUVRARDEric LUCOTJean-Claude LAMBERTJacques MUDRYMarc STEINMANNValérie VERNEAUX

Collaborations : Alain COUTE (MHNH)Hervé DECOURCIERE (Teleos)Maria LEITAO (Bi-EAU)Jean Paul REDING (Univ. Neufchatel)

Chabot photographié par H. Carmié (CSP)

Salon

Ognon

Bourbeuse

Allaine

Ognon

Doubs

LoueDoubs

Saône

Loue

Ain

Saône

Doubs

Saône

Doubs

Seille

Vesoul

Dépar t eme nt

du DOUBS

Belfort

Besançon

Lons

Doubs

Te rr it o i re SDAGE

H aut -Doubs

H aute-Loue

Saône

Saône

Lison

Architecture d’un atelier d’étude et de recherche sur les altérationsaffectant la qualité des rivières calcaire : cas de la Loue

Problématique :

Paradoxe de la qualité apparente et de manifestation de dérèglements

Complexités des phénomènes et inadéquation des normes....

Rivière à forte productivité potentielle(Ca++, tampon carbonaté, inversions typologiques... )

Modifications des pratiques, usages, substances

Phénomènes d’accumulations et de transferts différés

Pollutions multiples

Pertes des références...

Architecture d’un atelier d’étude et de recherche sur les altérationsaffectant la qualité des rivières à BV calcaire : la Loue

Bibliographie (multidisciplinaire)

Diagnostic Hydrobiologie

Chimie, morphologie

Sédimentologie (MES)

Mécanismede transfert Géologie (Karst)

Pédologie (pollutions diffuses)

Rechercheet hiérarchisation Bioindications in situ

des causesEcotoxicologie

Recommandations Outils d’aide à la gestionPrincipes de restauration

Plateaux

Occupation des solsBilan des rejets (dans le sol et le karst)Fonctionnement et évolution des sols(Teneurs en Corg, N et P, pH, cycle du carbone...)

Versant et vallée alluviale(y compris affluents)

Occupation des solsBilan des rejets (dans le sol et le karst)Fonctionnement et évolution des sols(Teneurs en C, N et P, pH ...)Physico-chimie des écoulements

Karst

Flux des contaminantsEvolution des débits(crue et étiage)Equilibre calco-carboniquesCycle du carbone

Corridor et chenal fluviaux

Structure physique et qualité des zones tamponColmatages (MES) et encroûtements (équilibres calco-carboniques)Flux de contaminants [dissous, adsorbés sur MES, accumulés dans les sédiments]Fluctuations de composition de production et de biomasse des végétaux aquatiquesDéficits des consommateurs (MI et poissons)Bioaccumulation [algues, hydrophytes, benthos,ichtyofaune]

Sources de contaminations diffuses et mécanismes de transferts

Evolution des sols Evolution du karst Transferts par les MES Bioaccumulation

Métallurgie(DIREN, 1995)

Pisciculture(DIREN, 1995)

Activité mécanique(DIREN, 1995)

Abattoir(DIREN, 1995)

Broyeur(DIREN, 1995) Porcherie

Industrie du bois(DIREN, 1995)

Fromagerie Traitement de surface(DIREN, 1995)

Usine de préconcentrationdu sérum (DIREN, 1995)

Activités potentiellement polluantesLEGENDE

Rejets hors bassinsBassin versant du LisonBassin versant de La Loue

Données : - Rejets potent iellement polluants (Qualité des eaux superficielles, bassin de la Loue, DIREN Franche-comté, juin 1997)- Porcheries (Chambre régionale de l’agriculture, 1999)- Laiteries / fromageries (FRCL, agence de l’eau et conseil général mission SATESE, 1998)

1673986

Point vert présent :travaux engagés dans le

cadre du PIMPAFPoint bleu foncé : lai terie raccordée

à un ouvrage detrai tement communal

Point bleu cla ir : La iterie possédant sonpropre ouvrage detrai tement

Point rouge : laiterie non raccordée(reje t di rect)

Litrage annuel transformé (1998)

3

310

Nombre de porcherie présentessur la commune

Nombre total de place de porcprésentes sur la commune

Remarque : le nombre de porc est estimé àenvi ron 80% du nombre de place existant

Loue

Lison

2839228110

1673986

1700000

16624101401116

2755117

1033

3350

1430096

?

800 ?

?

1475384

241753825

666884

4870190

4067537

1814668

4287794500

150844157

2752346

2534128

1137864

13664421713915

2147189

3869705

1656

2500000

35

?

750

20

400

1553906

?

140

355

3336642

70

310

705286

2313058

831096292500

844000

?

3400000

?

2798

1000000

?

340

60

1200000

?

1759930

?

1694970

Eternoz

Bibliographie locale nationale et internationale sur les rivières à BVcalcaire : approches socio-économiques et écologique

Évolution des usages, occupation des sols et pratiques sur le BV de la Loue

Collecte, analyse et synthèse des données de qualité sur la Loue

Synthèse de l’état des connaissances sur les “chalk streams”

Carte schématiquedes activitéspotentiellementpolluantes sur le BVde la Loue à la findes années 1990’

0

2

4

6

8

10

12

14

16

nov-70 nov-74 nov-78 nov-82 nov-86 nov-90 nov-94 nov-98 nov-02 nov-06

Nitrates (mg L-1)

0

100

200

300

400

500

600

700

nov-70 nov-74 nov-78 nov-82 nov-86 nov-90 nov-94 nov-98 nov-02 nov-06

Dates

Conductivité (!S cm-1)

Recherche de tendances et deparamètres discriminants

Localisation de perturbations oude groupe de perturbationsidentifiées

Collecte, analyse et synthèsedes données antérieures

Structures écologiques de la Loue : état de santé et tendances évolutives

Structures biologiques : Poisson Benthos Flore - Biofilm

Structures mésologiques : Qualité physique Qualité chimique

Vuillafans

Ornans

Cléron

Chenecey-Buillon

Quingey

Mouthier

Lods

Montgesoye

Rurey

Cussey-

sur-Lison

Echay

Myon

Nans-sousSte-Anne

Chiprey

Scey

Maisières

Gradient longitudinal : 10 stations

4 groupes de pressions anthropiques encadrés

Modulation possible par groupe de 4 stations0 5 10 km

Massed’eau

Graviers

Galets

MES

Dépots fins organiques

HydrophytesBryophytes

Eauxinterstitielles

Tufs etnassis

hélophytes

Frange humide =ripisylves, prairiesou cultures et zoneurbanisées

Chironomus sp.

Gammarus f et p.

Salmo trutta(truite)

Barbatula barbatula(loche franche)

Eauxinterstitielles

Frange humide =ripisylves, prairiesou cultures etzone urbanisées

EPHEMEROPTERAPLECOPTERATRICHOPTERA

Ranunculus f.

PEUPLEMENTPISCICOLE

CORTEGEFLORISTIQUE

Elmis sp.

Thymallus thymallus(ombre)

Les compartiments de l’hydroécosystème

Importance de la prise en compte des structures quantitatives :

Comparaisons de l’abondance des plécoptères de la Loue et du Doubsfranco-suisse à la fin des années 1960’ puis 1990’-2000’

24 28 32 36 44 48 52 56

0

4

8

12

16

20

24

Syst. Châtelot

Syst. Refrain

Syst. Goule

Rosées

Distance à la source (km)

28

32

Abondance et variété des plécoptères

Loue (1968-72, VERNEAUX 1973)

Loue (1998 DECOURCIERE 1998)

Doubs (1968-72 VERNEAUX 1973)

Doubs (2003-04-05)

Indices d'abondance(somme des cotes de 1 à 5 pargenre, tous genres confondus)

92 96 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 Doubs

Loue

Doubs (2003-04)

Loue (1998)

Analyse chimique de la masse d’eau

- rythmes hydroclimatiques

- périodes de crise déterminant des conditions limitantes (lessivages / étiages)

- flux (coupler les prélèvement avec des mesures de débits)

Exemple du suivi en des formes minérales de l’azote dansl’ALLAINE en crue en aout 2002 (PERIAT et al. 2003)

Transferts et bioaccumulations

Sources de contaminations diffuses et mécanismes de transferts

Transfert par les MES et colmatage minéral

Plateaux

Occupation des solsBilan des rejets (dans le sol et le karst)Fonctionnement et évolution des sols(Teneurs en Corg, N et P, pH, cycle du carbone...)

Versant et vallée alluviale(y compris affluents)

Occupation des solsBilan des rejets (dans le sol et le karst)Fonctionnement et évolution des sols(Teneurs en C, N et P, pH ...)Physico-chimie des écoulements

Karst

Flux des contaminantsEvolution des débits(crue et étiage)Equilibre calco-carboniquesCycle du carbone

Corridor et chenal fluviaux

Structure physique et qualité des zones tamponColmatages (MES) et encroûtements (équilibres calco-carboniques)Flux de contaminants [dissous, adsorbés sur MES, accumulés dans les sédiments]Fluctuations de composition de production et de biomasse des végétaux aquatiquesDéficits des consommateurs (MI et poissons)Bioaccumulation [algues, hydrophytes, benthos,ichtyofaune]

Sources de contaminations diffuses et mécanismes de transferts

Evolution des sols Evolution du karst Transferts par les MES Bioaccumulation

CO2 + H2O + CaCO3 <=> Ca2+ + 2 HCO3-

Corganique => … CO2 => … HCO3- M. Bakalowicz (1999)

Sources de contaminations diffuses et mécanismes de transferts

Caractérisation des transferts par le karst

Sources de contaminations diffusesEvolution de l’occupations des sols et des pratiques culturales

Exemple du plateau d’Amancey / Bolandoz :ici labour avec désherbage chimique + assainissement hydraulique

Sources de contaminations diffuses et mécanismes de transferts

Evolution de la morphologie des sols et des circulations de surfaces

Erosion et tassement des sols,Exportation de carbone organique, acidification,Accélération de la vitesse des transferts ….

Etude de la morphologie et de la chimie des sols :sources de contaminations diffuses ?

Analyses de l’évolution dela chimie de l’eau du sol,à l’aide de plaques lysimétriques

3 niveaux de cartographie :

Une carte des systèmes sol-roche au 1/250 000sur l'ensemble des 100 000 ha du BV

Une carte des propriétés des sols au 1/100 000sur les zones sensibles (25 000 ha),

Une carte des propriétés des solsau 1/50 000sur les BVdes sites d'étude du karst

Ecotoxicologie et bioindication :Impact et mécanisme des contamination localisées

Choix de bioindicateurs pertinents et complémentaires

Gammarus pulex (L.)et fossarum (K.)

Elmidaedont Elmis

EAU

Bioindication passive :prélèvements standard in situ,si possible sur les mêmes habitats,dans les trois stations

Station amont= témoin

Station avalproche

Conditions contrôlées,en laboratoire : mésocosme,microcosme, jarre …

Station avallointain

Perturbationlocalisée

Bioindication active :bioindicateurs rapportés dans des sériede cages disposées sur les 3 stations

Outils d’aide à la gestion et à la restauration

Trouver les facteursdéterminant et favorisant

Traiter lescauses etrestaurerles milieux

Caractériser et analyser lesphénomènes d’altération