# Caractérisation physico-chimique du Haut-Rhône français et de ses annexes ; incidences sur la croissance des populations d'alevins

Georges Carrel

► To cite this version:

Georges Carrel. Caractérisation physico-chimique du Haut-Rhône français et de ses annexes ; incidences sur la croissance des populations d'alevins. Sciences de l'environnement. Université Claude Bernard Lyon 1, 1986. Français. NNT: 1986LYO19009. tel-03945784

HAL Id: tel-03945784

https://hal.inrae.fr/tel-03945784

Submitted on 18 Jan 2023

HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.

L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d'enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.

<figure><img src="image_1.png" /></figure>
THESE

présentée
devant l' UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON I
pour l'obtention
du DIPLOME DE DOCTORAT
par

Georges CARREL

CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE
DU HAUT-RHONE FRANCAIS ET DE SES ANNEXES ;
INCIDENCES SUR LA CROISSANCE
DES POPULATIONS D'ALEVINS

Soutenue le 21 janvier 1986

Jury : MM. H.L. GOLTERMAN
J. JUGET
E. PATTEE
M. PENAZ
A.L. ROUX

Travaux de l'Equipe "Ecologie et Dynamique des Populations"
U.A. C.N.R.S. 367 - Ecologie des Eaux Douces
Institut d'Analyse des Systèmes Biologiques et Socio-Economiques
UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON I

<table><tr><td>Président honoraire</td><td>M. le Professeur J. BOIDIN</td></tr><tr><td>Administrateur provisoire</td><td>M. le Professeur C. DUPUY</td></tr><tr><td>Administrateur provisoire adjoint</td><td>M. le Professeur J. CHANEL</td></tr><tr><td>Administrateur provisoire adjoint</td><td>M. le Professeur R. MORNEX</td></tr><tr><td>Secrétaire Général de l'Université</td><td>M. F. MARIANI</td></tr></table>

<table><tr><td>U. E. R. DE MEDECINE GRANGE-BLANCHE</td><td>M. le Pr. Paul ZECH</td></tr><tr><td>U. E. R. DE MEDECINE ALEXIS CARREL</td><td>M. le Pr. René MORNEX</td></tr><tr><td>U. E. R. DE MEDECINE LYON NORD</td><td>Mme le Pr. PINET</td></tr><tr><td>U. E. R. DE MEDECINE LYON SUD</td><td>M. le Pr. Jean NORMAND</td></tr><tr><td>U. E. R. Faculté de PHARMACIE</td><td>M. le Pr. C.A. BIZOLLON</td></tr><tr><td>U. E. R. DES TECHNIQUES DE READAPTATIONS</td><td>M. le Pr. EYSSETTE</td></tr><tr><td>U. E. R. DE BIOLOGIE HUMAINE</td><td>M. le Pr. P.A. BRYON</td></tr><tr><td>U. E. R. Faculté d'ODONTOLOGIE</td><td>M. le Pr. Jean LABE</td></tr><tr><td>U. E. R. E. P. S.</td><td>M. C. JACQUEMOUD, Pr. d'E. P. S.</td></tr><tr><td>U. E. R. DE MATHEMATIQUES</td><td>M. René REDON, Assistant</td></tr><tr><td>U. E. R. DE PHYSIQUE</td><td>M. le Pr. Robert UZAN</td></tr><tr><td>U. E. R. DE CHIMIE ET BIOCHIMIE</td><td>Mme A. VARAGNAT, M.A.</td></tr><tr><td>U. E. R. DES SCIENCES DE LA NATURE</td><td>M. le Pr. ELMI</td></tr><tr><td>U. E. R. DES SCIENCES PHYSIOLOGIQUES</td><td>Mme le Pr. J.F. WORBE</td></tr><tr><td>U. E. R. DE PHYSIQUE NUCLEAIRE</td><td>M. le Pr. E. ELBAZ</td></tr><tr><td>U. E. R. DE MECANIQUE</td><td>M. le Pr. GAY</td></tr><tr><td>I. U. T. I</td><td>M. le Pr. J. GIELLY</td></tr><tr><td>I. U. T. II</td><td>M. le Pr. P. MICHEL</td></tr><tr><td>OBSERVATOIRE DE LYON</td><td>M. MONNET, Astronome</td></tr></table>
A la curiosité de mon père,
A la patience de ma mère.
<figure><img src="image_2.png" /></figure>
## Abstract

This work concerns a study of physico-chemical characteristics of different functional units in the French Upper Rhône River, and the dynamics of some fry populations.

The major components (calcium, magnesium, bicarbonate, sulphate and nitrate), the associated parameters (pH and conductivity) and those which can have an effect upon the chemical balance of water and upon aquatic life (temperature, oxygen, suspended matter and chlorophyll a) were regularly recorded during an annual cycle (from February 1983 to January 1984) in three stations. These stations are located in the alluvial plain of Brangues-Le Bouchage-Saint Benoît (departments of AIN and ISERE) in the main stream, in a side arm and in an oxbow lake.
The data were studied by Principal Components Analysis, followed by a gradual reconstitution of the original values by the components. This analysis pointed out the fundamental role of temperature and hydrology as factors governing of the fluvial dynamics.

Temperature acts at several levels :

1) by physical processes, on the calco-carbonic system,

2) on the metabolic activity of the organisms,

3) as a meteorological factor, a complement to precipitations, in the annual evolution of discharge.

It induces an seasonal variation of calcium, magnesium and bicarbonate according to physical laws, of nitrate by biological consumption. Due to its effect on the hydrological flow, discharge is the determining factor of the hydrosystem. Thus, it influences most parameters but its closest correlation is with sulphates and suspended matter.

Fish populations were studied during their early life history. Results concern the growth of the dominant species in two different parts of the fluvial system (in limnetic waters : rudd, pumpinskeed - in lotic waters : roach, bleak, spirlin and chub). The annual generation is represented by closely-following cohorts. Their growth is directly dependent on the water temperature, and it varies according to biotic factors (inter- or intra-specific, trophic or spatial competition) or to abiotic factors (water level, velocity, ...).

The most striking impact of water abiotic characteristics on fish populations appears during the flushing of hydro-electric reservoirs. The dramatic modification of the aquatic environment by the important flow of suspended particulate matter is responsible for the alteration of the fish standing crop every three years. A preliminary study of the impact on fry populations was undertaken in June 1984. This reservoir flushing induced fry mortality during periods of chemical instability (at the beginning and at the end of the flushing operations). This field experiment is a new applied research work in hydrobiology.

## Résumé

Ce travail est consacré à l'étude des caractéristiques physico-chimiques de certaines unités fonctionnelles du Haut-Rhône français et à la dynamique de leurs populations d'alevins.

Les principaux ions majeurs (calcium, magnésium, bicarbonate, sulfate et nitrate), les paramètres associés (pH et conductivité) et ceux susceptibles d'influer sur les équilibres chimiques de l'eau et la vie aquatique (température, oxygénation, matières en suspension et chlorophylle a) ont été régulièrement enregistrés au cours d'un cycle annuel (février 1983 à janvier 1984) dans trois stations d'étude. Elles sont localisées dans la plaine alluviale de Brangues-Le Bouchage-Saint Benoît (Ain-Isère) et concernent le chenel "Rhône vif", un bras latéral du lit mineur (la lône des Chèvres) et un ancien méandre (la Morte du Sauget).

Le tableau général des résultats a fait l'objet d'une Analyse en Composantes Principales normée, puis d'une reconstitution progressive des données, permettant d'appréhender le rôle fondamental tenu par la température et l'hydrologie comme facteurs régulateurs de la dynamique fluviale.

La température intervient à plusieurs niveaux :

1) selon des processus physiques, sur les équilibres calco-carboniques,

2) indirectement sur l'activité métabolique des organismes vivants,

3) comme facteur météorologique déterminant, complémentaire des précipitations, dans l'évolution annuelle du débit.

Elle imprime une dynamique saisonnière inverse aux ions calcium, magnésium et bicarbonate par le biais des lois physiques, de l'azote nitrique par suite de la consommation biologique. Son intervention dans la constitution du régime hydrologique fait du débit le facteur déterminant de l'hydrosystème dont l'impact général sur la plupart des paramètres physico-chimiques est avant tout perçu avec les sulfates et les matières en suspension.

Les populations d'alevins ont été étudiées au cours de leur apparition et de leur développement dans le milieu. Les résultats concernent principalement la croissance larvale des espèces dominantes dans deux annexes fluviales (rotengle, perche-soleil dans la Morte du Sauget - gardon, ablette, spirlin et chevaine dans la lône des chèvres). La génération annuelle de ces espèces gregaires est représentée par une succession de cohortes dont la croissance, directement soumise à la température de l'eau, ne demeure pas moins variable sous l'influence de facteurs biotiques (compétition inter- et intra-spécifique trophique et spatiale) ou abiotiques (hauteur d'eau, vitesse du courant,...).

L'impact le plus visible des caractéristiques abiotiques d'un fleuve aménagé sur les populations piscicoles est observé au cours des vidanges des barrages-reservoirs du Haut-Rhône. La brusque modification du milieu aquatique par le relargage massif des sédiments entraîne une altération répétée des potentialités halieutiques du fleuve, notamment par augmentation considérable de la teneur des matières en suspension. Une étude préliminaire de cet impact sur les populations larvaires de poissons a été entreprise en juin 1984. Il apparaît qu'une vidange, même contrôlée, conduit à une mortalité des jeunes poissons se situant préférentiellement pendant les périodes d'instabilité des conditions abiotiques (début et fin de vidange). Cette experimentation "in situ" se présente comme une nouvelle base de recherche appliquée en hydrobiologie.
## SOMMAIRE
Sommaire

<table><tbody><tr><td>II-2-2-3-2-1 Les concentrations</td><td>42</td></tr><tr><td>II-2-2-3-2-2 Les flux des sulfates</td><td>47</td></tr><tr><td>II-2-2-3-3 Evolution des sulfates à l'échelle locale</td><td>49</td></tr><tr><td>II-2-3 LES MATIERES EN SUSPENSION</td><td>50</td></tr><tr><td>II-2-3-1 LES MATIERES EN SUSPENSION (M.E.S.)</td><td>51</td></tr><tr><td>II-2-3-2 LA MATIERE ORGANIQUE PARTICULAIRE (M.Q.P.)</td><td>52</td></tr><tr><td>II-2-3-3 LA TRANSPARENCE</td><td>54</td></tr><tr><td>II-2-4 LA CHLOROPHYLLE a</td><td>57</td></tr><tr><td>II-2-5 L'OXYGENE</td><td>60</td></tr><tr><td>II-2-6 CONCLUSIONS</td><td>63</td></tr><tr><td>II-3 CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE D'UN MILIEU STAGNANT : LA MORTE DU SAUGET</td><td>66</td></tr><tr><td>II-3-1 IMPACT HYDROLOGIQUE</td><td>66</td></tr><tr><td>II-3-2 L'ACTIVITE BIOLOGIQUE</td><td>69</td></tr><tr><td>II-3-2-1 ETUDE DE LA STRATIFICATION</td><td>69</td></tr><tr><td>II-3-2-1-1 Résultats et interprétation</td><td>69</td></tr><tr><td>II-3-2-1-1-1 Evolution de la température</td><td>71</td></tr><tr><td>II-3-2-1-1-2 L'oxygène</td><td>71</td></tr><tr><td>II-3-2-1-1-3 La conductivité</td><td>72</td></tr><tr><td>II-3-2-1-2 Conclusions</td><td>72</td></tr><tr><td>II-3-2-2 INTERVENTION DES PROCESSUS BIOLOGIQUES</td><td>72</td></tr><tr><td>II-3-2-2-1 Distribution des ions majeurs</td><td>72</td></tr><tr><td>II-3-2-2-1-1 Le système calco-carbonique</td><td>72</td></tr><tr><td>II-3-2-2-1-2 Les sulfates</td><td>73</td></tr><tr><td>II-3-2-2-1-3 L'azote nitrique</td><td>75</td></tr><tr><td>II-3-2-2-2 L'activité phytoplanctonique</td><td>75</td></tr><tr><td>II-3-3 CONCLUSIONS</td><td>76</td></tr></tbody></table>

<table><tbody><tr><td>II-4 COMPARAISONS DES DIFFERENTS MILIEUX AQUATIQUES DE LA PLAINE ALLUVIALE</td><td>78</td></tr><tr><td>II-4-1 EVOLUTION COMPAREE DES PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES DANS LES TROIS PRINCIPALES STATIONS</td><td>78</td></tr><tr><td>II-4-2 DIFFERENCES ESSENTIELLES AU SEIN DE LA VALLEE FLUVIALE</td><td>80</td></tr><tr><td>III- ETUDE DES POPULATIONS D'ALEVINS</td><td>86</td></tr><tr><td>III-1 LA TERMINOLOGIE APPLIQUEE AUX JEUNES POISSONS</td><td>86</td></tr><tr><td>III-1-1 GENERALITES</td><td>86</td></tr><tr><td>III-1-2 LA TERMINOLOGIE PROPOSEE PAR BALON (1975)</td><td>86</td></tr><tr><td>III-1-3 LA TERMINOLOGIE PROPOSEE PAR SNYDER (1976)</td><td>86</td></tr><tr><td>III-1-4 COMMENTAIRES</td><td>87</td></tr><tr><td>III-2 TECHNIQUES D'ETUDE</td><td>90</td></tr><tr><td>III-2-1 IDENTIFICATION DES LARVES</td><td>90</td></tr><tr><td>III-2-2 FIXATION ET PRESERVATION DES POISSONS</td><td>90</td></tr><tr><td>III-2-2-1 MANIPULATIONS</td><td>90</td></tr><tr><td>III-2-2-2 AVANTAGES ET INCONVENIENTS DE LA FIXATION PAR LE FORMOL</td><td>92</td></tr><tr><td>III-2-2-3 MODIFICATION DE LA TAILLE DES LARVES PAR LA FIXATION EN SOLUTION FORMOLEE A 4%</td><td>92</td></tr><tr><td>III-2-3 CHOIX D'UNE METHODE D'ECHANTILLONNAGE</td><td>93</td></tr><tr><td>III-2-3-1 LES BUTS POURSUIVIS DANS CETTE ETUDE</td><td>93</td></tr><tr><td>III-2-3-2 RESULTATS DES TRAVAUX PRELIMINAIRES</td><td>93</td></tr><tr><td>III-2-3-2-1 Les milieux aquatiques</td><td>93</td></tr><tr><td>III-2-3-2-2 Les larves et juvèniles, remarques d'ordre éthologique</td><td>94</td></tr><tr><td>III-2-3-2-3 Autres contraintes</td><td>96</td></tr><tr><td>III-2-3-2-4 Conception et essais d'un matériel d'échantillonnage simple</td><td>96</td></tr></tbody></table>
Sommaire

<table><tbody><tr><td>III-2-3-2-4-1 Le carrelet</td><td>97</td></tr><tr><td>III-2-3-2-4-2 L'épuisette</td><td>98</td></tr><tr><td>III-2-3-2-4-3 Inconvénients propres à ces deux engins</td><td>98</td></tr><tr><td>III-2-3-2-5 Méthode de travail définitive</td><td>98</td></tr><tr><td>III-3 ETUDE DE LA CROISSANCE</td><td>100</td></tr><tr><td>III-3-1 LES POPULATIONS DE LA MORTE DU SAUGET</td><td>100</td></tr><tr><td>III-3-1-1 LE ROTENGLE</td><td>100</td></tr><tr><td>III-3-1-1-1 Généralités</td><td>100</td></tr><tr><td>III-3-1-1-2 Résultats et discussion</td><td>100</td></tr><tr><td>III-3-1-2 LA PERCHE-SOLEIL</td><td>104</td></tr><tr><td>III-3-1-2-1 Généralités</td><td>104</td></tr><tr><td>III-3-1-2-2 Résultats et discussion</td><td>105</td></tr><tr><td>III-3-2 LES POPULATIONS DE LA LONE DES CHEVRES</td><td>107</td></tr><tr><td>III-3-2-1 OCCUPATION DU MILIEU PAR LES LARVES ET JUVENILES</td><td>107</td></tr><tr><td>III-3-2-2 CROISSANCE DES ESPECES</td><td>107</td></tr><tr><td>III-3-2-2-1 Généralités</td><td>107</td></tr><tr><td>III-3-2-2-2 Quelques données relatives aux espèces</td><td>109</td></tr><tr><td>III-3-2-2-2-1 Le gardon</td><td>109</td></tr><tr><td>III-3-2-2-2-2 L'ablette</td><td>109</td></tr><tr><td>III-3-2-2-2-3 Le chevaine</td><td>109</td></tr><tr><td>III-3-2-2-2-4 Le spirlin</td><td>109</td></tr><tr><td>III-3-2-2-3 Croissance des espèces</td><td>109</td></tr><tr><td>III-3-2-2-3-1 Généralités</td><td>109</td></tr><tr><td>III-3-2-2-3-2 Croissance et estimations des dates de ponte et d'éclosion</td><td>113</td></tr><tr><td>III-3-2-2-3-3 Discussions de ces résultats</td><td>118</td></tr><tr><td>III-3-3 LA CROISSANCE DES JEUNES POISSONS : CONCLUSIONS</td><td>120</td></tr></tbody></table>

<table><tbody><tr><td>III-4 IMPACT D'UNE VIDANGE DE BARRAGES SUR LES POPULATIONS D'ALEVINS APPROCHE PRELIMINAIRE</td><td>123</td></tr><tr><td>III-4-1 LES CHASSES DE JUIN 1984 : ASPECTS TECHNIQUES</td><td>124</td></tr><tr><td>III-4-1-1 LES DIVERSES CONTRAINTES POSEES PAR CETTE VIDANGE</td><td>124</td></tr><tr><td>III-4-1-2 REALISATION DE LA VIDANGE DE JUIN 1984 : RESULTATS</td><td>125</td></tr><tr><td>III-4-2 INFLUENCE DES CHASSES SUR LES POPULATIONS D'ALEVINS</td><td>128</td></tr><tr><td>III-4-2-1 SITUATION, MATERIELS ET METHODES</td><td>128</td></tr><tr><td>III-4-2-1-1 Lieu de travail</td><td>128</td></tr><tr><td>III-4-2-1-2 Méthodes et matériels</td><td>128</td></tr><tr><td>III-4-2-2 RESULTATS</td><td>128</td></tr><tr><td>III-4-2-2-1 Les caractéristiques physico-chimiques des eaux au cours de la vidange</td><td>129</td></tr><tr><td>III-4-2-2-2 Influence de ces modifications abiotiques sur les larves</td><td>129</td></tr><tr><td>III-4-2-2-2-1 Les témoins</td><td>129</td></tr><tr><td>III-4-2-2-2-2 Les poissons exposés au passage de la vidange</td><td>130</td></tr><tr><td>III-4-2-3 CONCLUSIONS ET PRINCIPALES CRITIQUES</td><td>131</td></tr><tr><td>DISCUSSION ET PERSPECTIVES</td><td>133</td></tr><tr><td>TRAVAUX CITES</td><td>138</td></tr><tr><td>ANNEXES</td><td>145</td></tr><tr><td>TABLEAUX</td><td>163</td></tr></tbody></table>
# INTRODUCTION
ERRATUM

Quatrième ligne du résumé

- Eliminer le mot "principaux" avant ions majeurs

page 24 :

- lire $\bar{x}_j$ au lieu de $x_j$

page 30 :

- remplacer la phrase "Lorsque dans un système ..... s'opère" par
Lorsque dans un système en équilibre, les gains en CO₂ ne peuvent
compenser les pertes par photosynthèse, une précipitation s'opère :

page 42 :

- lire CHACORNAC (1986) au lieu de (1985)

page 83 :

- dans le quatrième paragraphe : lire "pour un débit de 220 m³/s"
au lieu de "pour un débit de 120 m³/s"

page 164 et 165 :

- dans les tableaux II et III : lire 220 m³/s au lieu de 120 m³/s
Les premiers résultats des études hydrologiques de quelques bras morts du Haut-Rhône français (secteur de Jons-Villette d'Anthon) ont montré l'intérêt du suivi des éléments majeurs de l'eau (calcium, sulfates, bicarbonates), parallèlement à la conductivité, en tant que révélateurs de l'origine des eaux (eaux phréatiques, eaux fluviales, précipitations, eaux de ruissellement, pollution). Ils permettent de visualiser notamment un gradient de salinité lié à l'interaction des eaux fluviales (à forte teneur en sulfates) et des eaux souterraines (faiblement chargées en sulfates, riches en bicarbonates de calcium), par exemple au niveau de la lône des Pêcheurs (JUGET et coll., 1976).

Des informations complémentaires concernant, d'une part les eaux souterraines dans ce même secteur (REYGROBELLET et coll., 1981), d'autre part l'évolution des ions sulfates, calcium et nitrates selon l'axe longitudinal de cette lône (JUGET et coll., 1979 et 1982) confirment cette influence du débit du fleuve et de son para-écoulement sur les caractéristiques géochimiques des eaux. Ces observations ont contribué au choix de ces différents paramètres comme descripteurs hydrologiques de la vallee fluviale (ROUX, 1982).

La plupart des études physico-chimiques des eaux du Rhône ont été menées à l'amont immédiat de Lyon, dans un secteur caractérisé par une forte perméabilité des alluvions, zone propice à l'observation de ces mélanges d'eaux superficielles et interstitielles.

Cette étude constitue une extension des travaux précédents à un autre secteur de la vallee fluviale dont les caractéristiques géomorphologiques sont nettement distinctes. Les différences essentielles résident dans la nature du substratum ; celui-ci, très colmaté, est peu favorable à une rapidité des échanges entre les compartiments aquatiques superficiels et souterrains telle que celle observée à l'amont immédiat de Lyon. En conséquence, les modifications physico-chimiques de l'eau dans les milieux aquatiques annexes vont être principalement dues aux apports superficiels (précipitations et crues du fleuve) et à l'activité biologique dans ces milieux. Un cycle annuel (février 1983-janvier 1984) sert de base à cet essai de compréhension de l'influence des facteurs météorologiques et hydrologiques sur le fonctionnement des annexes fluviales.

A l'heure actuelle, les caractéristiques abiotiques de l'espace fluvial sont susceptibles d'évoluer rapidement sous l'influence grandissante des aménagements hydro-électriques du Haut-Rhône. Les activités humaines s'ajoutent aux autres facteurs d'évolution de l'hydrosystème. Limitées à l'ère historique, elles ne peuvent désormais être ignorées en raison des profondes modifications qu'elles ont instaurées. L'aménagement hydro-électrique du fleuve crée de nouveaux espaces aquatiques (réservoir ou retenue, canal d'amenée et de fuite), transforme les anciens chenaux du

Rhône. Indépendamment de la construction et de la mise en service des installations, son intervention sur les caractéristiques abiotiques et biotiques s'effectue selon un processus évolutif lent et insidieux, régulièrement ponctué par le brusque impact des vidanges des barrages-réservoirs de Verbois, Chancy-Pougny et Génissiat.

L'hydrologie et les caractères qui lui sont directement liés (nature des eaux, transport ionique et minéral, vitesses des écoulements, sédimentation, ...), l'artificialisation du milieu par les aménageurs, contrôlent la composition floristique et faunistique des espaces aquatiques.

La faune piscicole constitue l'un des maillons biologiques de cet hydrosystème fluvial. La survie, le maintien, la reproduction ou la disparition des espèces sont sous l'étroite dépendance des conditions abiotiques. Les transformations influent principalement sur la reproduction des espèces qui peut ou non s'effectuer selon les conditions qui leur sont offertes. Les perturbations brutales, telles que celles produites par les vidanges des barrages affectent essentiellement les plus jeunes individus. L'impact peut être suffisant pour entraîner la mortalité d'une ou de deux générations (CARREL, 1981 - ROUX, 1984). La sensibilité des alevins vis à vis des conditions abiotiques des milieux aquatiques mérite que l'on s'intéresse à cet aspect.

Toutefois, ce type d'étude nécessite une approche des problèmes généraux relatifs aux alevins, parmi lesquels la détermination et l'échantillonnage constituent les éléments préliminaires. Il est en effet fondamental de remédier aux manques d'informations concernant les premiers stades des poissons. La compréhension de la biologie des espèces, de la dynamique des populations et des relations de la faune piscicole avec son milieu ne peut faire abstraction des larves et des juvéniles ; ils justifient par leur présence la preuve d'un développement complet des espèces.

Dans ce travail, le lecteur trouvera :

1- une présentation générale du Haut-Rhône et de son hydrologie, la description de la plaine alluviale de Brangues-Le Bouchage-Saint Benoît (AIN-ISERE) et des milieux étudiés,

2- la caractérisation et la différenciation physico-chimiques des différents compartiments aquatiques,

3- l'étude des populations d'alevins avec une présentation sommaire de la terminologie, des techniques d'étude et de détermination, puis les résultats de différents travaux entrepris sur le Rhône, concernant :

- l'étude de la croissance des alevins,

- une première approche de l'impact des vidanges de barrages sur les populations d'alevins.
-I-

CADRE DE L'ETUDE
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>I.G.N. - Mission I.R.C.
PIREN Rhône 30 juillet 1984</figcaption></figure>
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 1 - Le Haut-Rhône, de SION à LYON.</figcaption></figure>
# I - CADRE DE L'ETUDE

## I-1 LE HAUT-RHONE

### I-1-1 GEOGRAPHIE PHYSIQUE

Le Rhône, fleuve franco-suisse, est d'une faible longueur (812 km dont 290 km en territoire helvétique) en regard de ses homologues medio-européens : le Danube (2850 km), et le Rhin (1300 km); il n'en est pas moins important, par son alimentation en grande partie alpine, par la diversité, la complexité physique et humaine de sa vallée.

Classiquement, deux tronçons sont distingues au sein du tracé fluvial, d'une part le Haut-Rhône défini de la source jusqu'à Lyon, d'autre part le Bas-Rhône de Lyon au delta camarguais. La description succincte du cours d'eau sera limitée au Haut-Rhône dans lequel s'intègre le secteur d'étude.

Le Rhône prend naissance à 1763 m d'altitude, au dessus de Gletsch, du Glacier du Rhône situé sur les pentes du Dammastock (3633 m). Il coule d'abord vers l'Ouest entre les hautes chaînes des Alpes Bernoises et la chaîne Pennine. A l'extrémité de cet étroit sillon, le Rhône alpestre alimente une cuvette lacustre creusée entre l'arc alpin et la chaîne du Jura : le Léman. L'exutoire du lac emprunte une vallée étroite entre Genève et Seyssel avant de s'étaler dans une vaste plaine alluviale limitée latéralement par les derniers contreforts jurassiens et les chaînes subalpines. Après avoir contourné le Bugey méridional à la confluence du Guiers, il s'oriente au Nord-Ouest avant de bifurquer de nouveau à l'Ouest vers Lyon au contact du plateau de la Dombes.

### I-1-2 L'AMENAGEMENT HYDRO-ELECTRIQUE

Depuis 1889, année de mise en service du barrage du Pont de la Machine etabli par les Genevois sur le Rhône lémanique (RITTER, 1973), le fleuve a fait l'objet d'un aménagement progressif en vue de la production d'énergie hydro-électrique. Bien qu'antérieurement à cette date, le profil ait été constamment modifié par le jeu d'endiguements pour la protection des riverains ou pour la navigation, l'ampleur des travaux engages n'est pas comparable à celle des ouvrages contemporains. Ces derniers sont encore en cours de réalisation et réduiront considérablement les derniers espaces naturels de la vallée fluviale (figure1).

Le premier équipement français réalisé sur le Haut-Rhône a été mis en service en 1899. Il s'agit du barrage de Jons et de l'usine

hydro-électrique de Cusset; cet ouvrage a nécessité la construction d'un canal de dérivation d'environ 19 km. L'usine a fait l'objet de modifications en 1917-1918, le barrage en 1937, puis de nouveau l'usine en 1946 et 1952.

L'usine franco-suisse de Chancy-Pougny fonctionne depuis 1925, le barrage suisse de Verbois depuis 1943. Le barrage-réservoir de Génissiat, en projet dès le début de ce siècle et dont les travaux furent perturbés par la seconde guerre mondiale, a fonctionné à partir de 1948. Ce barrage travaillant aux heures de pointe et provoquant de fortes variations du débit a justifié la construction d'un barrage compensateur : le barrage de Seyssel, dont la mise en service a eu lieu en 1951.

Depuis 1980, la Compagnie Nationale du Rhône a entrepris l'équipement du Haut-Rhône entre Seyssel et Lyon. A l'heure actuelle (cf. brochure C.N.R.), trois aménagements de basse chute sont en service (Chautagne, Belley et Brégnier-Cordon), celui de Sault-Brénaz est en cours de réalisation, deux autres sont projetés (Loyettes et Miribel-Saint Clair). Ces ouvrages sont réalisés selon un schéma de principe similaire comprenant un barrage de retenue, un canal d'amenée des eaux de la retenue conduisant celles-ci vers l'usine hydro-électrique et un canal de fuite restituant les eaux dans le lit originel.

L'ensemble des travaux français (réalisés, en cours ou en projet) conduira à une longueur totale de fleuve aménagé de 197,2 km.

### I-1-3 HYDROLOGIE

#### I-1-3-1 LE REGIME HYDROLOGIQUE

A l'image de son homologue le Rhin, le Haut-Rhône est marqué par son origine glaciaire et la traversée d'une cuvette lacustre de très grande capacité, le lac Léman. Celui-ci, d'une superficie de 582 km² contient 88,9 milliards de m³ d'eau (HUBAULT, 1947) et son influence est fondamentale sur les caractéristiques de son exutoire.

Le Rhône lémanique (émissaire du lac Léman) recoit de nombreux affluents à régimes hydrologiques complexes, **nivo-glaciaires** (ARVE,...), **nivo-pluviaux** (FIER, GUIERS,...) ou **pluvio-nivaux** (AIN,...) qui confèrent au régime du fleuve " une complexité changeante et accrue à chaque confluence " - PARDE, 1925.

La représentation des variations mensuelles du débit au cours de l'année, indépendamment des valeurs absolues, est généralement effectuée à l'aide des **coefficients mensuels de débit** ou **débits relatifs**
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 2 - Evolution saisonnière des coefficients mensuels de débit aux différentes stations de jaugeage.</figcaption></figure>
mensuels définis par le rapport du débit mensuel sur le module annuel du cours d'eau (REMENIERAS, 1980).

$$X_1 = Q_1 / M \quad X_2 = Q_2 / M \quad \text{etc...}$$

Ce type de comparaison, utilisée par VIVIAN (PIREN-RHONE, 1982), facilite grandement l'étude des régimes aux différentes stations de jaugeage (figure 2). On visualisera ainsi l'évolution du régime du Haut-Rhône jusqu'à Saint Clair, station limnigraphique située à l'entrée de la ville de Lyon.

## I-1-3-1-1 Le Rhône alpestre

Il est ainsi défini depuis son origine jusqu'à son arrivée dans la cuvette lémanique (PARDE, 1925). Les commentaires qui suivent portent sur les débits moyens mensuels enregistrés à SION (60 km environ en amont du lac) et à la PORTE DE SCEX (5 km). Les données sont empruntées à VIVIAN (1983).

Le régime du Rhône dans ces deux stations (figure 2) suit le rythme alternatif de la rétention et de la fusion nivales : basses eaux pendant la saison froide et hautes eaux pendant la saison chaude. Malgré l'existence d'écarts importants de débit entre ces deux saisons, ce régime glaciaire est marque par sa régularité interannuelle car la durée de l'ensoleillement, à l'origine même du régime, s'avère le paramètre météorologique le moins irrégulier (REMENIERAS, 1980). Ces écarts s'atténuent vers l'aval avec l'influence de plus en plus grande de l'eau d'origine nivale (à distinguer de celle provenant de la fusion glaciaire) d'où une augmentation des débits de juin, et des précipitations pluvieuses de saison froide.

## I-1-3-1-2 Le Rhône lémanique

Il s'agit de l'exutoire du lac léman. Le lac constitue, grâce à sa superficie, un vaste et excellent "champ" d'inondation qui atténue les extrêmes par augmentation des débits d'étiage et diminution des débits de crue. Ce phénomène a été amplifié depuis l'installation d'un barrage régulateur du niveau du lac à la fin du XIXème siècle. Les modifications du régime de l'exutoire sont beaucoup plus liées aux influences modératrice et retardante du lac, et au barrage, qu'aux caractéristiques hydrologiques des affluents du lac (PARDE, 1925). Lorsque M. PARDE écrivit son ouvrage sur le régime hydrologique du Rhône, il n'y avait alors que deux usines hydro-électriques sur le Haut-Rhône, l'une à Genève et l'autre à Jonage. L'aménagement global du Haut-Rhône entrepris après 1925 a contribué au renforcement des tendances signalées par cet auteur. Si le régime conserve

une relative régularité en raison d'une stabilité thermique, le régime saisonnier est nettement dépendant du rythme des stockages et déstockages des réservoirs (VIVIAN, 1983).

## I-1-3-1-3 Le Rhône à Pougny

Le régime du Rhône résulte essentiellement du mélange des eaux du Rhône lémanique et du premier de ses gros affluents : l'ARVE (figure 1). D'un module de 78,8 m³/s (données empruntées à VIVIAN, 1983), l'Arve est caractérisé par un régime nivo-glaciaire dont les variations évoluent en parallèle avec celles de l'exutoire du lac Léman. Toutefois, la pointe de juin isolée, marque une baisse de l'alimentation glaciaire au profit de l'alimentation nivale (VIVIAN, 1983). Cette rivière présente de plus un renforcement en avril-mai sous l'influence préalpine, et des crues de type jurassien en période hivernale. La complexité de son régime est en fait assez semblable à celle du Rhône depuis sa source jusqu'à la confluence de la Saône (PARDE, 1925). L'Arve, par son régime proche de celui du Rhône alpestre contribue au maintien des caractéristiques hydrologiques issues de l'amont.

## I-1-3-1-4 Le Rhône à Bognes

Le limnigraphe de Bognes est situé à l'aval immédiat du barrage réservoir de Génissiat. Depuis Pougny, le Rhône a reçu la VALSERINE, rivière d'origine jurassienne, à régime nivo-pluvial. Elle contribue à l'aplatissement de la courbe en augmentant le débit en juin. Cependant le barrage lui-même a beaucoup plus d'influence sur le régime en accentuant les phénomènes décrits dans le § 1-3-1-2. Il imprime de fortes variations journalières par un fonctionnement en éclusées. Le barrage de Seyssel, situé plus à l'aval, a été construit pour amortir ces variations du débit. L'ensemble de ces deux ouvrages génère une onde hebdomadaire observable à tous les points d'enregistrements limnigraphiques du Haut-Rhône (figure 3).

## I-1-3-1-5 Le Rhône, de Bognes à Sault-Brénaz

De Génissiat jusqu'à Sault-Brénaz, le fleuve recoit de nombreux affluents préalpins et jurassiens dont les régimes sont essentiellement sous l'influence des précipitations nivales et pluviales. Ces affluents réhaussent notablement les débits au printemps. L'étiage hivernal se décale vers les mois d'octobre et de novembre, mais cette altération du régime est surtout le fait d'une augmentation des restitutions des aménagements hydro-électriques pendant les mois d'hiver. L'influence de ces divers affluents est perçue progressivement à chaque station limnigraphique :
<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 3 - Transmission des ondes hebdomadaires crées par le fonctionnement du barrage de GENISSIAT (mois de janvier, février et mars 1981).</figcaption></figure>
Seyssel, La Balme puis Sault-Brénaz. Le régime du Rhône à Sault-Brénaz sera détaillé ultérieurement.

### I-1-3-1-6 Le Rhône à Saint Clair

Entre Sault-Brénaz et Lyon, le Rhône reçoit son principal affluent jurassien : l'AIN. Le régime de cette rivière (figure 2) est marqué par la prédominance de l'alimentation pluviale de saison froide sur celle printanière d'origine nivale, et par l'existence d'étiages pendant l'été. Ce régime pluvio-nival a été modifié par l'aménagement hydro-électrique de l'Ain ; le fonctionnement des barrages (Vouglans en particulier) a entraîné l'augmentation des débits en hiver et la sévérité des étiages pendant les mois de juillet et d'août. L'Ain est un affluent majeur qui renforce les tendances observées depuis Pougny : atténuation du caractère glaciaire au profit du régime pluvial. A Lyon, avant la confluence de la Saône, le régime du Haut-Rhône est déjà un compromis entre les régimes nivo-glaciaire et pluvial.

### I-1-3-1-7 Conclusions

L'hydrologie du Haut-Rhône est fortement dépendante de trois éléments fondamentaux : le régime des affluents, l'influence du lac Léman et celle, artificielle et grandissante, des aménagements hydro-électriques. La prépondérance du régime nivo-glaciaire (amont de la confluence de l'Arve) ou du régime pluvio-nival (à l'aval de l'Arve jusqu'à la confluence de la Saône), voire des deux en fonction des aléas climatiques, sont à l'origine d'un débit complexe et d'une extrême diversité de la provenance des eaux. L'origine des eaux et les volumes écoulés en divers lieux du bassin versant (20300 km² à Saint Clair) augmentent considérablement les difficultés de compréhension du fonctionnement de l'hydrosystème fluvial mais expliquent l'intérêt que l'on peut porter à ce type de cours d'eau.

### I-1-3-2 LE RHÔNE À SAULT-BRENAZ

La station limnigraphique de Sault-Brénaz constitue le point de référence de cette étude. L'étude des débits du Rhône y est donc détaillée car les caractéristiques acquises depuis l'amont permettent d'expliquer l'évolution des paramètres physico-chimiques étudiés dans les chapitres suivants.

Le régime du Rhône à Sault-Brénaz est issu de la superposition du régime nivo-glaciaire et de celui provenant du ruissellement pluvial. Le premier est caractérisé par sa régularité et sa prépondérance sur le second dont la relative instabilité est le caractère essentiel. Le régime des affluents, à l'origine de la perturbation du régime nivo-glaciaire peut être

synthétisé en effectuant une différence des débits moyens mensuels relevés entre Genève et Sault-Brénaz. Toutefois, ce calcul a été fait à partir de Bognes afin de ne pas comptabiliser les apports de l'Arve dont le régime est proche de celui du Rhône lémanique, et de considérer les apports des affluents à l'aval du barrage-réservoir de Génissiat dont les effets sur les débits ne peuvent être négligés.

On obtient ainsi une représentation synthétique du régime global de l'ensemble des affluents entre ces deux points (figure 4). Il est à la fois nivo-pluvial (induit par le FIER, le GUIERS,...) et pluvio-nival (induit par LES USSES, le CANAL DE SAVIERES, le SERAN, le FURAN, le GLAND,...). Ce régime "résumé" est marqué par la forte amplitude de son coefficient mensuel de débit et son étiage d'été. Ce régime est totalement opposé au régime glaciaire originel du Rhône. La juxtaposition ou non des apports pluviaux et nivaux de ces différents affluents entraîne une grande variabilité interannuelle des moyennes printanières, et de la date de la moyenne mensuelle maximale (PARDE, 1968). Le tracé des valeurs mensuelles de référence n'a de valeur que par le nombre d'années utilisées pour le calcul et il ne doit pas faire oublier l'extrême irrégularité des précipitations et leurs conséquences hydrologiques.

La superposition des régimes (nivo-glaciaire et pluvio-nival) est donnée sur la figure 4, d'une part pour la période de référence 1920-1983, d'autre part pour l'année 1983. La quantité d'eau provenant des affluents pédialpins et jurassiens est minimale, voire inexistante en période estivale. Elle est maximale pendant la saison froide et permet le maintien d'un débit soutenu malgré les étiages du Rhône nivo-glaciaire.

L'année hydrologique 1983 a été marquée par une forte hydraulicité à partir de la mi-avril et ce jusqu'à la fin du mois de mai. Si les débits sont restés élevés pendant le début du mois de juin, suite aux crues des mois précédents, ils ont rapidement diminué à raison de 150 à 160 m³/s/jour à Lyon, pendant deux semaines environ (C.N.R., 1983).

Le mois de juillet, extrêmement chaud, a entraîné une forte baisse de l'hydraulicité des affluents à régime pluvial (figure 4). Les rivières à régime nival ont conservé une hydraulicité élevée (1,10 à Génissiat); mais la pauvreté des affluents a entraîné une baisse sensible des débits du Rhône à Sault-Brénaz.

En août, l'hydraulicité est tombée pour la première fois en dessous de la moyenne. Elle est remontée au cours du mois de septembre suite à des précipitations excédentaires pendant les deux premières décades; mais la tendance du mois d'août s'est poursuivie pendant l'automne, malgré des perturbations hydrologiques importantes à la mi-octobre et à la fin novembre provoquées par des précipitations localisées importantes.

L'hydraulicité du mois de décembre a été de nouveau supérieure à
<figure><img src="image_7.png" /></figure>

1920-1983

<figure><img src="image_8.png" /></figure>

1983

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

1920-1983

<figure><img src="image_10.png" /></figure>

1983

<caption>Figure 4 - Les débits du Rhône à SAULT-BRENAZ, à BOGNES AVAL et le débit "résumé" des affluents entre ces deux stations limnigraphiques.</caption>
la moyenne, liée à de fortes précipitations pendant la deuxième quizaine du mois. En 1983, l'hydraulicité du Rhône à Sault-Brénaz a été élevée (1,23), marquée par les extrêmes : 2,02 en mai et 0,80 en novembre. Les débits des affluents à régime pluvial ont été extrêmement faibles au cours des mois secs (juillet et août) et il peut être dit que pratiquement, seules les eaux d'origines nivale et glaciaire ont alimenté le fleuve pendant ces deux mois.

La proportion des eaux issues des affluents (entre Bognes et Sault-Brénaz) peut être estimée à environ 2% du débit moyen mensuel relevé à Sault-Brénaz en juillet 1983, contre 5% en année normale.

La superposition des débits du Rhône à régime nivo-glaciaire et de ceux de ces affluents à régime pluvial contribue à l'obtention d'un régime relativement complexe; la proportion des eaux en provenance des différents points du bassin versant doit être connue lors de l'étude des caractéristiques géochimiques des eaux.

# I-2 LA PLAINE ALLUVIALE DES BASSES TERRES ET LES MILIEUX ETUDIES

## I-2-1 GENERALITES

L'écoulement rhodanien, orienté Nord-Sud depuis l'exutoire du lac Léman, oblique brutalement vers le Nord-Ouest à la confluence du Guiers. Il emprunte alors un vaste champ d'inondation coince entre les contreforts calcaires du Bugey Méridional et l'avant-pays jurassien de l'Ile Crémieu (figure 5).

En l'espace d'une vingtaine de kilomètres, le Rhône montre une diversité géomorphologique remarquable qui justifie pleinement l'interêt scientifique de cette plaine alluviale.

Les Basses Terres dauphinoises depuis Cordon (au Sud) jusqu'au défilé de Saint-Alban (au Nord), ayant fait l'objet de descriptions précises [PAUTOU et coll. (1972), AIN et coll. (1973), PELLETIER (1982), BRAVARD (1982, 1983 et 1985)], nous limiterons cet expose aux caractéristiques essentielles de ce secteur.

Le Rhône occupe un vaste ombilic glaciaire comblé par des sédiments glacio-lacustres fini-würmiens, substratum d'un remblaiement caillouto-sableux apporté par le fleuve et ses affluents. Les changements de pente au sein de la plaine expliquent partiellement l'extrême diversité des formes alluviales trouvées dans les Basses Terres. Du pont de Cordon au pont d'Evieu, une pente forte (0,7 mètre par kilomètre) explique l'existence d'une unité de tressage; à l'aval d'Evieu, la plaine de Brangues-le Bouchage-Saint Benoît, d'une pente nettement plus faible (< 0,1 mètre par kilomètre) se caractérise par la surimpression d'une unité à chenaux tresses et les reliques d'une unité à méandre. Les particularités de la portion du fleuve comprise entre les ponts d'Evieu et de Groslée ont été expliquées par BRAVARD (1983 et 1985). Celles-ci résultent d'une progression vers l'aval de l'alluvionnement rhodanien et l'exhaussement permanent de son lit.

Antérieurement au VIème siècle, le Rhône contournait la butte des Avenières et développait de grands méandres dans la plaine du Bouchage et de Brangues. La progression du coin alluvial a permis, à la faveur d'une crue, le franchissement du seuil du Chaffard au Sud de la butte des Avenières. La brusque augmentation de pente provoquee par ce raccourcissement du cours principal est à l'origine de l'unité de tressage actif, de son avancée dans la plaine et de la disparition progresssive de l'unité à méandre.

Le recoupement du grand méandre du Sauget à la fin du XVIIème siècle (date probable : janvier 1690) résulte de ce remaniement de la plaine fluviale postérieur au VIème ou VIIème siècle.
<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 5 - La plaine alluviale des Basses Terres dauphinoises. (d'après BRA VARD, 1983).</figcaption></figure>
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure 6 - Le secteur d'étude.</figcaption></figure>

## I-2-2 LE SECTEUR D'ETUDE

La portion du fleuve étudiée se situe entre les ponts d'Evieu et de Groslée; plus particulièrement sur la partie amont de la lône des Grands Brotteaux en rive gauche, et la Morte du Sauget en rive droite.

### I-2-2-1 LA LONE DES GRANDS BROTTEAUX

#### I-2-2-1-1 Cadre géographique

Ce bras, situé en face de l'ancien méandre du Sauget (figure 6), débute au niveau du hameau de l'Isle (Commune de Saint Benoît, département de l'Ain) et rejoint le chenal principal après 3000 mètres environ. Son extrémité aval marque la fin des divagations du fleuve dans les Basses Terres. Il recoit successivement deux rivières du Dauphiné : l'Huert et la Save.

Les coordonnées Lambert (zone II) des points amont et aval de la lône sont les suivantes :

<table><tr><td>AMONT</td><td>x = 850,95 y = 2080,40 altitude = 203 m</td></tr><tr><td>AVAL</td><td>x = 850,00 y = 2082,75</td></tr></table>

Carte de l'Institut Géographique National - feuille N°XXXII-32 1-2
LA TOUR DU PIN 1-2 - Echelle 1:25 000.

#### I-2-2-1-2 Aspect historique

La lône des Grands Brotteaux résulte du tressage actif du fleuve et l'évolution morphodynamique peut être visualisée sur deux siècles environ par la cartographie (figures 7, 8, 9, 10 et 11).

Afin de preserver des espaces agricoles sans cesse menacés, le riverain n'a jamais laissé au fleuve une totale liberté. Ainsi, en 1886, un barrage est érigé à l'amont du Petit Rhône (figure 8) pour proteger les terres de la commune de Brangues. Au début du XXème siècle, il devient urgent de prendre de vitesse le fleuve qui détruit efficacement la rive gauche (hameau de l'Isle). Le barrage est réhaussé, les rives protégées par un cordon d'enrochements, transformant ainsi une "brassière" [bras latéral du Rhône à fort courant - BRAVARD (1985)] en une lône (terme régional désignant un bras endigué à son extrémité amont, soumis aux mêmes conditions hydrologiques que le chenal).
<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 7 - Reproduction partielle de la carte de BELLEY (carte de CASSINI).
Ces cartes au 1:86 400, ont été réalisées par ordre de Louis XV. La triangulation date de 1683 à 1744.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 8 - Le Rhône sur la commune de Saint-Benoît (AIN) en 1841. Relevé cadastral - Commune de Saint-Benoît.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 9 - Le Rhône sur la commune de Saint-Benoît (AIN). d'après une carte au 1:40 000.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 10 - Le Rhône sur la commune de Saint-Benoît (AIN) en 1935. Carte au 1:10 000 du Service de la Navigation.</figcaption></figure>

<caption>Figure 11 - Le Rhône à Saint-Benoît en 1969. Carte au 1:5000 de la C.N.R. - Photos du 04.04.1969</caption>
<figure><img src="image_17.png" /></figure>

Photo P. VIATTE - DRAE
# I- Cadre de l'étude

## I-2-2-1-3 Caractéristiques de la lône

Coupée du fleuve en amont par un barrage semi-perméable, la lône recoit tour à tour un premier bras du Rhône (distance par rapport à l'amont : d = 500 mètres), une rivière : l'Huert (d = 1750 mètres), puis un autre bras du Rhône et une seconde rivière : la Save (d = 2400 mètres) avant de rejoindre le lit principal à 3000 mètres de son point de départ (figure 6).

Pour des commodités de langage, les dénominations suivantes seront utilisées (figure 11) :

- secteur I pour la partie amont de la lône des Grands Brotteaux ou lône des Chèvres (longueur = 500 mètres),

- secteur II pour le tronçon médian de la lône (l = 1900 mètres),

- secteur III pour la partie aval de la lône (l = 600 mètres),

- annexe A, le premier bras confluant dans la lône (entre le Brotelat et l'île des Brotteaux) et brassière B, le deuxième (entre l'île des Brotteaux et l'île Gabrielle).

Ces ramifications influent directement sur le régime hydrologique de la partie étudiée. Protégée par le barrage de l'Isle et celui partiellement détruit de l'annexe A, cette lône présente un substrat graveleux semi-colmaté par des limons et des sables (voire même colmaté après les vidanges) et des enrochements dans les zones de confluence très sollicitées par le courant. Lorsque le débit du Rhône est supérieur à 660 m³/s environ, la totalite de la lône est courante ; entre 660 m³/s et 480 m³/s, seul le secteur I est calme ; au dessous de 480 m³/s, les secteurs I et II ont une vitesse du courant pratiquement nulle (à l'exception des zones très peu profondes du secteur I : gué* par exemple). Lorsque les étiages sont tres prononces, la quantité d'eau s'écoulant dans la lône est très faible. Des débits mesurés au gué donnent les valeurs suivantes :

- 100 litres/s - 3 octobre 1983 - débit du Rhône = 220m³/s

- 5 litres/s - 14 novembre 1983 - débit du Rhône = 160 m³/s

* Le gué se situe à 300 mètres environ à l'aval du barrage de l'Isle.

La profondeur de la lône est extrêmement variable, induite par les conditions hydrologiques. Considérée globalement, elle est maximale dans le secteur III et la partie médiane du secteur II. La rive gauche de la lône est plus profonde, surtout au niveau des confluences. Le secteur I (lône des Chèvres), seule portion de la lône pouvant être remontée à pied pendant les étiages (débits inférieurs à 350 m³/s), présente une succession de pools reliés entre eux par des radiers.

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Barrage de l'Isle</figcaption></figure>

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Aval de la lône des Chèvres</figcaption></figure>
La vitesse du courant est directement liée au niveau des eaux. Les étiages entraînent une augmentation localisée du courant dans le secteur I, l'eau s'écoulant rapidement d'un pool à un autre dans les sections peu profondes. Elle s'annule totalement dans le secteur II plus profond avant de se rétablir dans le secteur III par les apports de la brassière B.

Lorsque les débits sont tels qu'il n'y a pas submersion du barrage, mais suffisants cependant pour rétablir l'écoulement dans l'annexe A, on observe alors une accélération sensible du courant dans le secteur II avec un amortissement progressif vers l'aval malgré l'arrivée de l'Huert, ce jusqu'à l'intersection avec la brassière B. Lorsque les débits du Rhône sont nettement supérieurs à 700 m³/s, ce dernier emprunte activement ce tracé préférentiel, en raison de sa situation dans le lit mineur. La vitesse du courant y est alors redoutable.

Le substrat est très peu diversifié. Les rives limoneuses, empierrees aux confluences, souvent très pentues voire même verticales (concavité des courbes) donnent une allure quelque peu artificielle à la section transversale de la lône. Le fond est constitué de graviers plus ou moins colmatés par les limons et les sables.

### I-2-2-1-4 Les stations d'étude

La lône a fait l'objet d'une étude physico-chimique en 1980-1981 (CARREL, 1981) et d'une étude complémentaire pour l'établissement d'un dossier d'impact (ARALEPBP, 1985). Les résultats portent sur 6 stations (figure 12) et seront utilisés en tant que complémentaires des travaux réalisés en 1983.

Les stations sont les suivantes :

- station N°1

amont du barrage de l'Isle, dans le Rhône vif,

- station N°2

aval du barrage (d = 350 mètres), secteur I,

- station N°3

à 900 mètres du barrage, secteur II, rive gauche,

- station N°4

secteur III, rive gauche, à 350 mètres des 3 confluences,

- station N°5

l'Huert, au hameau de l'Isle,

- station N°6

la Save, 50 mètres avant le confluent.

Le nombre de prélèvements dans chacune des 6 stations est de 6 pour la période 1980-1981, plus 1 en novembre 1984.

Les travaux postérieurs à l'étude 1980-1981 ont été focalisés sur la lône des Chèvres (station N°2) et le Rhône vif (station N°1).

L'essentiel de l'interprétation repose sur le cycle annuel effectué sur ces deux points de février 1983 à janvier 1984. Les mesures physico-chimiques faites en ces points au cours des années 1980, 1981, 1982 constituent des informations complémentaires à l'étude. Elles n'ont pas été intégrées à l'analyse statistique des résultats en raison d'une forte discontinuité temporelle.

REMARQUE IMPORTANTE : Dans la suite du texte, les stations 1 et 2 seront appelées RH (Rhône) et CH (Chèvres) afin d'être en accord avec les appellations des autres stations présentées ci-après.

Au cours de la première étude, la lône a fait l'objet d'une étude piscicole pendant laquelle la totalité de la lône a été péchée mensuellement (de novembre 1980 à mai 1981). Les données obtenues ne concernent que les populations de poissons adultes.

L'étude des populations d'alevins débutée au printemps 1982 est limitée à la partie amont (lône des Chèvres). Des prélèvements y ont été réalisés au printemps et en été (1982 et 1983).

### I-2-2-2 LA MORTE DU SAUGET

#### I-2-2-2-1 Cadre géographique

Situé en rive droite, au pied du hameau de la Sauge (Commune de Saint-Benoît), l'ancien méandre du Sauget peut à juste titre être considéré comme l'un des plus beaux exemples rhodanien d"Oxbow lake".

Avant recoupement, les deux boucles du méandre occupaient une longueur de 9 kilomètres environ entre le km 86 et le km 90 (AIN et coll., 1973). Seules persistent deux zones d'eau libre (appelées "mortes" dans le langage régional) correspondant au surcrousement de l'ancien chenal, au pied de la rive concave où les vitesses du courant sont maximales.

#### I-2-2-2-2 Evolution historique

Après recoupement, le colmatage des anciens méandres s'effectue selon un processus lent de sédimentation des fines à la faveur des crues. Mais le rôle prépondérant dans l'atterrissement du plan d'eau est joué par la végétation. La colonisation par cette dernière débute sur la rive convexe, la
<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Figure 12 - Les stations d'étude (physico-chimie) choisies lors des premières recherches entreprises sur la lône des Grands Brotteaux.</figcaption></figure>
rive concave et les extrémités du lit. Le processus est rapide puisqu'il aura fallu moins de 3 siècles pour une disparition quasi-totale du plan d'eau. La surface d'eau libre ne représente plus que 1,5 % environ de celle occupée par le méandre en rive droite. Le plus important de ces plans d'eau est long de 600 mètres environ, large de 30 mètres au maximum. La profondeur maximale n'excède pas 2 mètres.

Actuellement, l'impact d'un remontée des eaux du fleuve dans le plan d'eau principal, est observable à partir de 800 m³/s. Les eaux remontent par l'ancien tracé, de l'aval vers l'amont, jusqu'à la décru. Une circulation active dans le sens opposé (de l'amont vers l'aval) s'établit lorsque le débit excède 1350 m³/s.

Le tableau suivant donne pour l'année 1983 :

- le nombre de crues (pour un débit supérieur ou égal à 800 m³/s),

- leur durée en jours,

- le débit maximal atteint.

<table><tr><td>JANVIER</td><td>0</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FEVRIER</td><td>0</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MARS</td><td>1</td><td>1,0</td><td>860</td></tr><tr><td rowspan="2">AVRIL</td><td rowspan="2">2</td><td>8,0</td><td>1200</td></tr><tr><td>5,6</td><td>1400</td></tr><tr><td rowspan="3">MAI</td><td rowspan="3">3</td><td>3,3</td><td>940</td></tr><tr><td>5,4</td><td>1390</td></tr><tr><td>15,6</td><td>1580</td></tr><tr><td>JUIN</td><td>1</td><td>2,1</td><td>840</td></tr><tr><td>JUILLET</td><td>0</td><td></td><td></td></tr><tr><td>AOUT</td><td>0</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SEPTEMBRE</td><td>1</td><td>2,0</td><td>970</td></tr><tr><td>OCTOBRE</td><td>0</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NOVEMBRE</td><td>1</td><td>3,7</td><td>1250</td></tr><tr><td rowspan="2">DECEMBRE</td><td rowspan="2">2</td><td>0,3</td><td>850</td></tr><tr><td>1,1</td><td>980</td></tr></table>

## I-2-2-2-3 La végétation

Les données qui suivent sont extraites du travail de PAUTOU (1975).

Le plan d'eau permanente est occupé par des groupements à *Nymphea alba* avec une forte dominance de *Nuphar luteum*, *Ceratophyllum***

demersum, *Myriophyllum* spicatum, *Hydrocaris morsus-ranae* (*Myriophyllo-Nupharetum*).

Une coupe transversale au point d'inflexion maximale permet de trouver successivement de la rive concave à la rive convexe :

- une frange étroite colonisée par une *Phragmitaie* à *Carex* ou une *Cariçaie*,

- la Nupharaie,

- la *Phragmitaie* aquatique (avec *Typha latifolia* et *Equisetum limosum*),

- la *Phragmitaie* à *Carex elata*

- la *Cariçaie* (*Caricetum elatae*),

(*Salix cinera* occupe déjà des surfaces importantes dans la *Phragmitaie* et la *Cariçaie*),

- les groupements boisés, taillis de *Salix cinera* Aunaie à *Alnus glutinosa* Ormaie basse et Chènaie-Frènaie en bordure de rive.

## I-2-2-2-4 Station d'étude

La Morte du Sauget a fait l'objet d'un suivi physico-chimique, parallèlement à celui réalisé sur la rive opposée, de février 1983 à janvier 1984, en un point unique médian et central du plan d'eau principal (figure 6).

Les coordonnées Lambert (zone II) sont les suivantes :

Station SA $x = 852,10$ $y = 2081,35$ altitude 204 m

L'étude des populations d'alevins a été faite au printemps et en été pendant les années 1982 et 1983. Les prélèvements ont porté sur la totalité de ce même plan d'eau.

## I-2-2-3 LE PARA-ECOULEMENT DU RHONE

Plusieurs prélèvements ont été réalisés à la fin 1983 et début 1984 dans un puits situé dans la cour d'un particulier, au hameau de la Sauge. Ce puits est à une distance de 20 mètres environ du plan d'eau étudié.

Ce point permet d'obtenir des informations sur la qualité physico-chimique des eaux souterraines, plus exactement du para-écoulement du fleuve. Ce puits ayant été remis en service au cours de l'été 1983 n'est pas colmaté comme le sont beaucoup d'autres dans ce secteur.

Les coordonnées LAMBERT (zone II) sont les suivantes :

Station PU $x = 851,80$ $y = 2081,10$ altitude 204 m
-II-

CARACTERISATION ET DIFFERENCIATION
PHYSICO-CHIMIQUES DES
MILIEUX ETUDIES
## II - CARACTERISATION ET DIFFERENCIATION PHYSICO-CHIMIQUES DES MILIEUX ETUDIES

### II-1 PARAMETRES ETUDIES, MATERIEL ET METHODES

#### II-1-1 NATURE DES PARAMETRES ET OBTENTION DES DONNEES

##### II-1-1-1 RELEVES EFFECTUES SUR LE TERRAIN

- température de l'air : thermomètre à mercure,

- température de l'eau : thermomètre à mercure au 1/10 °C,

- températures maximale et minimale entre deux relevés : 3 thermomètres mini-maxi installés dans le Rhône vif, à l'aval de la lône des Chèvres et dans la Morte du Sauget (profondeur : 1,50 m),

- enregistrement en continu de la température : Morte du Sauget (profondeur de la sonde = 1,20 m),

- oxygène dissous :

oxymètre PONSELLE à cellule polarographique (oxy-thermomètre "MINOX"), les teneurs en oxygène sont exprimées en pourcentage de saturation à la pression atmosphérique du jour de prélèvement,

- conductivité :

conductimètre PONSELLE type CM dont la lecture est automatiquement corrigée à la température de 20°C sur la base du coefficient moyen correspondant au KCl N/100 (2,158 %/°C)

- potentiel Hydrogène (pH) :

pH-EH-mètre type PM PONSELLE,

- transparence :

mesurée au disque de Secchi, exprimée en cm.

##### II-1-1-2 ANALYSES EFFECTUEES AU LABORATOIRE

- alcalinité :

titrage à l'acide chlorhydrique en présence d'un indicateur mixte (Vert de Bromocrésol et Rouge de Méthyle), exprimée en mg/l d'ions bicarbonates (HCO₃⁻),

- duretés totale, calcique et magnésienne :

obtenues par dosage complexométrique à l' E.D.T.A., (RODIER, 1984, p. 234), la dureté totale est exprimée en mg/l de CaCO₃, la dureté calcique est exprimée en mg/l de Ca⁺⁺, la dureté magnésienne, calculée par différence, est exprimée en mg/l de Mg⁺⁺,

- sulfates :

dosage par néphélométrie (RODIER, 1984, p.220), exprimés en mg/l de SO₄²⁻,

- azote nitrique :

méthode HACH au Nitraver VI, exprimé en mg/l de N-NO₃⁻,

- matières en suspension (M.E.S.) :

déterminées par filtration sur filtre Millipore (type AP 20, réf. 047), puis pesées après un séjour de 24 heures à 110°C, la destruction des matières volatiles par calcination à 560 °C permet de mesurer la quantité de matières minérales (M.M.), exprimées en mg/l,

- matière organique particulière (M.O.P.) :

obtenue par différence MES - M.M., exprimées en mg/l,

- chlorophylle a :

filtration sur WHATMAN GF/C et extraction à l'acétone 90% (méthode PARSONS & STRICKLAND, 1963).

### II-1-2 ANALYSE DES DONNEES

Les résultats de physico-chimie obtenus dans ce secteur sont regroupés dans les tableaux I, II, III, IV et V (annexes).

Tableau I Lône des Grands Brotteaux et affluents

Tableau II station RH (Rhône vif)

Tableau III station CH (lône des Chèvres)

Tableau IV station SA (Morte du Sauget)

Tableau V station PU (puits - hameau de la Sauge)

Parmi cet ensemble de données, celles obtenues sur les stations RH et SA au cours du cycle annuel (février 1983 - janvier 1984) ont fait l'objet d'un traitement statistique. Ce dernier porte sur 39 dates d'échantillonnages x 15 variables physico-chimiques. Des différences importantes existant entre ces deux milieux ont conduit a un traitement
séparé des 2 tableaux.

NOTE IMPORTANTE :

Une vérification de la balance ionique, effectuée selon les
procédures indiquées par GOLTERMAN & MEYER (1985) :

$(Σ cations - Σ anions) / (Σ cations + Σ anions) × 200,$

nous a permis de contrôler la validité des dosages réalisés. Par
cette méthode, il a été possible de visualiser une surestimation de la dureté
totale, des teneurs en calcium et en magnesium pour les prélèvements
d'eau effectués entre le 21 novembre et le 26 décembre 1983. Les résultats
concernant ces ions (indirectement mesurés par des paramètres redondants
tels que la conductivité et les bicarbonates) n'ont pas été éliminés du
traitement statistique afin de conserver l'intégrité du suivi des autres
paramètres. Par contre, au cours de l'interprétation de l'analyse des
donnees, les erreurs connues seront éliminées, notamment lorsqu'il y a
'étude des relations entre ces ions et les autres paramètres.

La description des données a été réalisée à partir d'une **Analyse en Composantes Principales** normée, puis d'une reconstitution graphique sur laquelle est basée l'interprétation des variations chronologiques observées.

II-1-2-1 BUT DE L'ANALYSE

L'Analyse en Composantes Principales (ACP) permet une description simplifiée d'un tableau de mesures quantitatives compose de n lignes-individus et de p variables-colonnes numériques par le biais d'une construction de nouvelles variables "synthétiques", non corrélées entre elles, d'importance décroisante, qui sont des combinaisons linéaires des variables initiales. Les nouveaux caractères crées par l'analyse, dont la signification concrète est du ressort de l'expérimentateur, mettent en valeur les ressemblances entre individus et les liaisons entre les variables initiales. Lorsque les variables ne sont pas mesurées dans les mêmes unités, à l'origine de variances très dispersées (cas des mesures effectuées dans cette étude), celles-ci sont centrees reduites et le tableau traite en Analyse en Composantes Principales **normée** (ACN) sera du type :

$$
x = \{ x_{ij} - x_j / \sigma_j \}
$$

avec $\bar{x}_j$ et $\sigma_j$ : moyenne et écart-type de chaque variable.

Cette analyse, réalisée sur les tableaux de données
physico-chimiques obtenues aux stations RH et SA, a été suivie d'une

reconstitution progressive des données à partir des axes factoriels.

La visualisation de la progression de la reconstitution est faite par
des graphiques superposés aux données initiales selon les techniques
indiquées par AUDA (1983).

Les procédures mathématiques de l'Analyse en Composantes Principales et de la reconstitution des données sont décrites dans l'annexe I à l'intention des lecteurs souhaitant un complément d'informations.

II-1-2-2 LA RECONSTITUTION GRAPHIQUE : BASE
DE L'INTERPRETATION

La présentation donnée ci-après (figure 13), montrant les
reconstitutions graphiques utilisées pour l'interprétation des données, ne
concerne que la station RH, élément principal de la vallée fluviale, dont les
caractéristiques physico-chimiques dépendent essentiellement du rythme
saisonnier et de l'hydrologie. Cette présentation sommaire sera reprise plus
précisement dans l'interprétation des observations.

Le premier facteur de l'analyse interprété en tant que facteur
saisonnier est à l'origine de l'évolution des ions majeurs (calcium,
magnésium, bicarbonates, nitrates) et de la conductivité.

Le second est le reflet du débit. Ce dernier est responsable des variations des teneurs des sulfates, des matières en suspension et des paramètres qui leur sont associés (matières organiques particulaires, transparence), de certaines valeurs des bicarbonates et du magnésium observées pendant les crues. Ce facteur 2 (hydrologie) reconstitue partiellement le tracé de la saturation en oxygène des eaux du fleuve et des teneurs en chlorophylle a.

Les autres facteurs, d'interprétation plus délicate seront
commentés dans le détail dans les paragraphes qui suivent.

Le facteur 3 est exclusivement réservé à la reconstitution de la variable pH.

Le facteur 4 termine la reconstitution du tracé de la chlorophylle
et du pH.

Les facteurs 5 et 6 sont consacrés à des points très localisés des courbes. Seuls quelques uns pourront être expliqués.
<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Figure 13 - Reconstitutions graphiques par l'Analyse en Composantes Principales normée des variables mesurées à la station RH (Rhône vif).</figcaption></figure>
<figure><img src="image_22.png" /></figure>

ENSEOLEILLEMENT

<figure><img src="image_23.png" /></figure>

TEMPERATURE DE L'EAU

<figure><img src="image_24.png" /></figure>

TEMPERATURE DE L'AIR

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

PLUVIOMETRIE

<caption>Figure 14 - Les paramètres météorologiques à Ambérieu-en-Bugey (origine: Météorologie Nationale) et la température du Rhône à Sault-Brénaz (origine: Services de la Compagnie Nationale du Rhône) pour l'année 1983.
(Valeurs moyennes journalières calculées entre deux dates de prélèvements physico-chimiques ou à intervalles d'une semaine en l'absence d'échantillonnages)</caption>
## II-2 CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DES MILIEUX LOTIQUES : LE RHONE ET LA LONE DES CHEVRES

### II-2-1 LE REGIME THERMIQUE DU FLEUVE

L'évolution de la température du fleuve dépend du climat régional. Elle est corrélée positivement à la durée de l'ensoleillement et à la température moyenne de l'air (figure 14). On signalera toutefois plusieurs points importants visualisés sur la courbe des températures moyennes du Rhône à Sault-Brénaz (1983):

1) l'influence des précipitations qui entraînent une baisse des températures,

2) la brusque élévation de température qui a suivi les températures basses des mois d'avril et de mai, ainsi que la température moyenne élevée des eaux à la fin du mois de juillet (23°C),

3) l'absence de températures inférieures à 4°C pendant l'hiver (pour la période considérée).

L'étude de la température moyenne de l'eau enregistrée à Sault-Brénaz (Compagnie Nationale du Rhône) en fonction de la température moyenne de l'air (Météorologie Nationale - station d'Ambérieu en Bugey) permet de visualiser ce cycle thermique (figure 15). Celui-ci peut être divisé en trois parties distinctes :

1) une période hivernale (décembre, janvier, février) pendant laquelle la température de l'eau est relativement stable et peu fluctuante malgré d'importantes variations de la température de l'air (-2°C à +8°C),

2) une période de réchauffement des eaux (printemps et début de l'été : mars, avril, mai, juin et juillet),

3) une période de refroidissement (août, septembre, octobre et novembre).

La période hivernale rappelle singulièrement celle qui peut être observée dans un système lacustre de grande dimension. Le lac Léman, pourvoyeur d'un peu plus de la moitié du volume d'eau passé à Sault-Brénaz en 1983 apparaît à l'origine de l'inertie thermique observée.

La fin de la période de refroidissement coincide avec les étiages du Rhône. L'influence des eaux souterraines, dont la température est nettement plus élevée que celle des eaux superficielles à cette période de l'année, contribue certainement à ce maintien d'une température élevée en regard de la température moyenne de l'air.

L'absence d'enregistrement en continu de la température de l'eau dans la lône ne permet pas d'établir un tracé similaire. Cependant, les

informations concernant les températures minimales et maximales enregistrées dans les deux stations (RH et CH) montrent (figure 16):

1) lorsque les températures sont élevées (été), les différences entre le Rhône et la lône sont pratiquement inexistantes, la coincidence des températures élevées avec un débit maximal (cf. régime nivo-glaciaire) contribue à des échanges actifs des eaux dans les différents chenaux du fleuve, donc à une relative homogénéité des températures;

2) pendant la saison froide, les températures relevées dans le Rhône sont plus basses que celles de la lône (environ -1°C), ceci pour des températures du Rhône inférieures à 10°C. Les températures froides coincident en général avec les étiages du fleuve. Pendant les basses eaux, le débit de la lône est particulièrement faible, la vitesse d'écoulement réduite ou nulle et la profondeur réduite devraient contribuer à une accentuation du refroidissement des eaux. Ce n'est pas le cas dans les observations réalisées; en conséquence, le sous-écoulement du fleuve apparaît capable de jouer un rôle prépondérant vis à vis de la température hivernale des eaux au moins dans ce tronçon.
<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>Figure 15 - Cycle thermique du Rhône à Sault-Brénaz en 1983.</figcaption></figure>

t° RH = 0,141 t° AIR + 5,026 r = 0,74 N = 13 (points noirs)

t° RH = 0,766 t° AIR + 1,281 r = 0,96 N = 21 (cercles)

t° RH = 0,627 t° AIR + 6,030 r = 0,95 N = 18 (triangles)

<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>Figure 16 - Relation entre la température du Rhône (RH) et de la lône (CH).</figcaption></figure>

t° CH = 0,919 t° RH + 1,576 r = 0,98 N = 54
## II-2-2 LES IONS MAJEURS ET LES PARAMETRES ASSOCIES

La composition ionique des eaux du Rhône, mesurée globalement par la conductivité, est dominée par quatre cations : le calcium (Ca⁺⁺), le magnésium (Mg⁺⁺), le sodium (Na⁺) et le potassium (K⁺) liés aux principaux anions suivants : bicarbonate (HCO₃⁻), sulfates (SO₄⁻⁻), chlorures (Cl⁻), nitrates (NO₃⁻) et silicates (HSiO₃⁻).

Cette balance ionique est similaire à celle trouvée pour un autre fleuve médio-européen, le Rhin à Stein (émissaire du lac de Constance) (GOLTERMAN, 1975).

Les teneurs indiquées ci-après sont données respectivement en mg/l puis en mM. Les valeurs attribuées aux ions munis d'une * ont été empruntées à l'Inventaire du degré de pollution des eaux superficielles, rivières et canaux, rapport 1981, station Rhône pK 55,5 - Agence de bassin R.M.C.

<table><thead><tr><th></th><th colspan="2">RHONE</th><th colspan="2">RHIN</th></tr></thead><tbody><tr><td colspan="5"><strong>CATIONS</strong></td></tr><tr><td>Calcium</td><td>52,4</td><td>2,61</td><td>52,7</td><td>2,63</td></tr><tr><td>Magnésium</td><td>6,2</td><td>0,51</td><td>7,0</td><td>0,58</td></tr><tr><td>Sodium</td><td>*5,2</td><td>0,23</td><td>4,6</td><td>0,20</td></tr><tr><td>Potassium</td><td>*1,7</td><td>0,04</td><td>1,2</td><td>0,03</td></tr><tr><td>Σ cations</td><td colspan="2">3,39</td><td colspan="2">3,44</td></tr><tr><td colspan="5"><strong>ANIONS</strong></td></tr><tr><td>Bicarbonate</td><td>144,7</td><td>2,37</td><td>150,1</td><td>2,46</td></tr><tr><td>Sulfate</td><td>35,3</td><td>0,74</td><td>35,6</td><td>0,74</td></tr><tr><td>Chlorure</td><td>*6,6</td><td>0,19</td><td>3,5</td><td>0,10</td></tr><tr><td>Nitrate</td><td>2,4</td><td>0,04</td><td>3,1</td><td>0,05</td></tr><tr><td>Silicate</td><td>*3,0</td><td>0,04</td><td>3,8</td><td>0,05</td></tr><tr><td>Σ anions</td><td colspan="2">3,38</td><td colspan="2">3,45</td></tr><tr><td>µS moyenne</td><td colspan="2">286,00</td><td colspan="2">300,00</td></tr><tr><td>pH moyen</td><td colspan="2">8,00</td><td colspan="2"></td></tr></tbody></table>

Parmi ces ions, cinq ont été mesurés : le calcium, le magnésium, les bicarbonates, les sulfates et les nitrates.

Soumis au régime saisonnier (figure 13), ils présentent toutefois des relations plus ou moins marquées avec ce facteur. Les ions étudiés et les paramètres associés à leurs variations (conductivité et pH) obéissent à des phénomènes implicitement liés à l'évolution climatique (température et pluviométrie). Les relations avec ces paramètres sont d'ordre physique (intervention de la température sur l'équilibre carbonique, de la température et des précipitations sur le régime hydrologique) ou d'ordre biologique (développement des organismes susceptible d'agir indirectement sur la composition ionique de l'eau).

### II-2-2-1 LES EQUILIBRES CARBONIQUES ET LES PARAMETRES DEPENDANTS

#### II-2-2-1-1 Influence de la température sur ces équilibres

Les réactions chimiques relatives aux équilibres carboniques ayant été abondamment développées par SCHMITT (1955), HUTCHINSON (1957), DUSSART (1966), GOLTERMAN (1975), WETZEL (1983), BLANC et coll. (1984),... un bref exposé rappelera les différents phénomènes observés dans les eaux douces et en région tempérée.

Le dioxyde de carbone (CO₂) est très soluble dans l'eau, 200 fois plus que l'oxygène. Sa solubilité dépend à la fois de la température et de la pression ambiante.

Une partie du CO₂ dissous s'hydrate pour donner un acide faible :

$$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$$

acide qui se dissocie à son tour selon les réactions suivantes :

$$H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^- \quad pK_1 = 6,43 \text{ à } 15 \, ^\circ\text{C}$$

$$HCO_3^- \rightleftharpoons H^+ + CO_3^{2-} \quad pK_2 = 10,43 \text{ à } 15 \, ^\circ\text{C}$$

Les ions bicarbonates et carbonates se dissocient aussi pour établir un équilibre :

$$(1) \quad HCO_3^- + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 + OH^-$$

$$(2) \quad CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$$

$$(3) \quad H_2CO_3 \rightleftharpoons CO_2 + H_2O$$

Les réactions (1) et (2) ont lieu dans des eaux alcalines (pH>7) dont la charge bicarbonatee issue du bassin versant est importante. Les bicarbonates, le plus souvent calciques [Ca(HCO₃)₂], résultent d'une solubilisation du CaCO₃ insoluble par l'acide carbonique. La solution diluee de bicarbonate est légèrement alcaline en raison d'un léger excès d'ions OH⁻ provenant de la dissociation de HCO₃⁻ et CO₃²⁻, par rapport aux ions H⁺ de la dissociation de l'acide carbonique H₂CO₃.

Les quantités de CO₂ définies dans un premier temps par les lois
physiques, sont sujettes à des changements par le biais de l'activité biologique (perte par la photosynthèse, gains par la respiration des organismes), susceptibles de modifier le pH de l'eau. Toutefois, les mécanismes du pouvoir tampon créé par le système d'équilibre CO₂/HCO₃⁻/CO₃²⁻ tendent à résister à ces modifications de pH tant que cet équilibre complexe pourra répondre. L'addition d'ions H⁺ est neutralisée par les ions OH⁻ provenant de la dissociation (1) et (2) et le pH reste sensiblement le même bien que les teneurs en HCO₃⁻ et CO₃²⁻ soient réhaussées. De la même manière, des ions OH⁻ réagissent avec les ions HCO₃⁻:
$$ \mathrm{HCO_3^-} + \mathrm{OH^-} \rightleftharpoons \mathrm{CO_3^{2-}} + \mathrm{H_2O} $$

Lorsque dans un système en équilibre, la perte de CO₂ requise pour le maintien de cet équilibre excède le gain par le photosynthèse, une précipitation du carbonate de calcium s'opère :

$$ \mathrm{Ca(HCO_3)_2} \rightleftharpoons \mathrm{CaCO_3} + \mathrm{H_2O} + \mathrm{CO_2} $$

avec hausse du pH, jusqu'à ce que l'équilibre soit de nouveau rétabli par la formation de CO₂.

Ces phénomènes se produisent principalement dans les eaux stratifiées et eutrophes. Lorsque les échanges gazeux s'effectuent rapidement comme dans les eaux courantes, la distribution des anions et des cations liés à l'équilibre carbonique va dépendre exclusivement des échanges du dioxyde de carbone conformément aux lois physiques qui régissent les teneurs en CO₂ dissous dans l'eau (pression partielle, température et force ionique de la solution). La modification du pH, résultant essentiellement du métabolisme respiratoire microbien et de la consommation photosynthétique, sera peu importante (en l'absence de pollution) dans un système lotique bicarbonaté, sauf si les eaux du bassin d'alimentation ont des provenances diverses (nature géologique du bassin versant) et que leurs proportions changent significativement pendant l'année (cf. régime hydrologique).

Dans le Rhône, les équilibres carboniques seront donc influencés préférentiellement par la température, la concentration en sels de l'eau, puis secondairement par le régime hydrologique.

Les travaux de GOLTERMAN et MEYER concernant la géochimie comparée du Rhin et du Rhône (1985) montrent cette évolution saisonnière identique dans les deux fleuves des ions calcium et bicarbonates au niveau stationnel, et l'accroissement des teneurs avec la distance à la source.

Ces variations saisonnières du système Ca⁺⁺/HCO₃⁻/CO₃²⁻ résultent de l'influence de la température de l'eau sur la solubilité du CO₂ et sur les constantes de dissociation de l'acide carbonique (GOLTERMAN & MEYER, 1985a). Ces mêmes auteurs ont montré que les concentrations de calcium et de bicarbonates sont accrues par l'addition de sulfates dont l'origine est naturelle dans le Rhône (gypses triasiques du bassin versant lémanique) (GOLTERMAN & MEYER, 1985c).

Une étude (GOLTERMAN, com. pers.) de la solubilité du calcium et du pH résultant de l'équilibre calco-carbonique montre que :

1) la solubilité du Ca⁺⁺ à 0°C est environ 40% supérieure à celle trouvée à 20°C,

2) les sulfates peuvent accroître la solubilite du Ca⁺⁺, mais les effets de la température restent les mêmes,

3) les concentrations de Ca⁺⁺ observées peuvent être expliquées par la pression partielle de CO₂, la teneur en sulfates et la température.

### II-2-2-1-2 Etude des paramètres associés à l'équilibre calco-carbonique

Au vu des caractéristiques présentées ci-dessus, l'implication de la température est fondamentale pour les paramètres suivants :

- l'alcalinité (HCO₃⁻)

- la dureté totale car elle est due pour sa plus grande part aux alcalino-terreux (calcium et magnésium principalement) sous forme de bicarbonates, et subit ainsi les variations cumulées de ces composants,

- la conductivité, paramètre témoign de la minéralisation de l'eau et fortement corrélé aux ions majeurs des eaux du fleuve.

### II-2-2-1-2-1 Relations entre ces paramètres

L'alcalinité et le calcium sont liés par une relation linéaire (figure 17)

$$ \begin{align*} \text{[Ca}^{++} \text{ en mM}] &= 0,880 \text{ [HCO}_3^- \text{ en mM]} + 0,557 \\ N &= 98 \text{ et r} = 0,998. \end{align*} $$

La pente de la droite, proche de l'unité, montre que la variation de l'un s'accompagne d'une modification sensiblement identique de l'autre.

La différence (Calcium - bicarbonates) observée correspond à la part de calcium mobilisée par les sulfates. Cette quantité de calcium mobilisée sous la forme de sulfates s'atténue avec la hausse des bicarbonates car l'augmentation de la teneur en HCO₃⁻ s'apparente à celle des apports périalpins et jurassiens (eaux riches en Ca(HCO₃)₂ et pauvres en CaSO₄).

Une baisse des HCO₃⁻ correspond à une prédominance des apports lémaniques à fortes teneurs en CaSO₄ et moins riches en Ca(HCO₃)₂.

Les modifications des équilibres entraînant celles des constituants majeurs de l'eau, influent par conséquent sur la conductivité de l'eau. La relation linéaire qui associe la dureté totale et la conductivité (figure 18) permet d'utiliser ce dernier paramètre en tant que "descripteur synthétique" de l'évolution saisonnière du système calco-carbonique.
## II- Caractérisation et différenciation physico-chimiques

<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>Figure 17 - Relation entre les ions calcium et bicarbonate.
[Ca⁺⁺] = 0,880 [HCO₃⁻] + 0,557 N = 98 et r = 0,998.
Teneurs exprimées en mM.
Les relevés des stations RH et CH sont cumulés.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>Figure 18 - Relation entre la dureté totale et la conductivité.
Conductivité = 1,466 Dureté Totale + 55,378 N = 98 et r = 0,91
La dureté totale est exprimée en mg/l CaCO₃, la conductivité en μS/cm à 20°C. Les relevés des stations RH et CH sont cumulés.</figcaption></figure>
$$ 
\begin{array}{l}
\text{Conductivité} = 1,466 \text{ Dureté Totale} + 55,378 \\
\text{N} = 98 \text{ et r} = 0,908
\end{array}
 $$

La conductivité est donnée en µS/cm à 20°C et la dureté totale en mg/l de CaCO₃.

II-2-2-1-2-2 Relation entre la conductivité et la température

Une étude comparative de la conductivité en fonction de la température de l'eau a été réalisée sur le Rhône à Saint-Benoît (RH) et sur la lône des Chèvres (CH), ainsi que sur le Rhône à Chancy-Pougny (frontière franco-suisse).

Les données obtenues à Chancy-Pougny ont été fournies par le Service d'Hydrobiologie et de Microbiologie des Denrées Alimentaires de l'Institut d'Hygiène à Genève (E. PONGRATZ) et le laboratoire des Eaux des Services Industriels de la ville de Genève (BURKHARD).

Le meilleur ajustement répond à une fonction exponentielle.

$$ 
\begin{array}{l}
\text{CHANCY} \\
\text{Conductivité} = 332,31 e^{-0,017 \text{ t°C}} \\
\text{N} = 49 \text{ et r} = 0,748
\end{array}
 $$

$$ 
\begin{array}{l}
\text{SAINT-BENOIT} \\
\text{Conductivité} = 370,06 e^{-0,022 \text{ t°C}} \\
\text{N} = 60 \text{ et r} = 0,910
\end{array}
 $$

Les résultats des corrélations et la figure 19 révèlent :

1) un bon ajustement par une fonction exponentielle en raison de perturbations observables aux deux extrémités de la courbe,

2) une meilleure corrélation à Saint-Benoit,

2) une hausse de la conductivité à l'aval, plus importante en saison froide qu'en été,

3) une jonction des courbes lorsque la température est élevée.

Une fonction linéaire pourrait être obtenue en l'absence de perturbations d'ordre hydrologique. La période froide coincide généralement avec l'étiage du Rhône, période où les apports souterrains sont importants et augmentent les teneurs en bicarbonates de calcium donc la conductivité. La température élevée du fleuve coincide avec le maximum hydrologique du régime nivo-glaciaire; l'eau du Rhône provient alors principalement du bassin versant lémanique d'où une jonction des courbes vers une valeur approximative de la conductivité correspondant à celle du mélange Rhône lémanique-Arve.

L'influence du lac Léman est d'autant plus importante que l'on se rapproche de son émissaire, or les variations de la conductivité des eaux de surface du réservoir sont dépendantes de la température de l'eau mais surtout de l'activité phytoplanctonique. En conséquence, la conductivité enregistrée à Chancy sera liée davantage à l'impact de processus biologiques hérités du Léman plutôt qu'à des lois purement physiques. Ces phénomènes s'atténuent vers l'aval, probablement par un rééquilibre des teneurs en dioxyde de carbone dissous avec l'air, les processus physiques reprennent leur droit, la corrélation conductivité-température est améliorée.

Les processus hydrologiques sont à l'origine des différences existant entre les stations RH et CH (figure 20). La conductivité des eaux de la lône des Chèvres est légèrement supérieure à celle du Rhône mais les différences entre ces stations, peu importantes, apparaissent préférentiellement pendant la période froide. Elles sont en rapport avec l'étiage de saison froide, responsable de conditions hydrologiques extrêmes dans la lône, milieu dans lequel la perception des écoulements souterrains va alors être possible. On retrouve ainsi, au niveau local, l'enrichissement du fleuve par des eaux à forte conductivité, phénomène observé à l'échelle régionale.

$$ 
\begin{array}{l}
\text{Station CH} \\
\text{Conductivité} = 402,26 e^{-0,025 \text{ t°C}} \\
\text{N} = 57 \text{ et r} = 0,842
\end{array}
 $$

II-2-2-1-2-3 Cycle annuel observé dans le Rhône et la lône

La figure 21 rassemble la représentation graphique de l'évolution cyclique des principaux ions (HCO₃⁻, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺) et de la conductivité. L'ensemble de ces paramètres répond aux équilibres carboniques, donc aux effets engendrés par la température. Certains sont affectés par le débit du fleuve, au moins pendant les crues.

La teneur en HCO₃⁻, inversement corrélée à la température, est réhaussée pendant les fortes eaux, par les apports jurassiens et périalpins. Au cours des étiages, les teneurs peuvent être également relevées par les écoulements souterrains soutenant le débit du fleuve. Ce phénomène est nettement observable dans la lône des Chèvres où l'écoulement superficiel est alors suffisamment réduit pour que les apports du para-écoulement soient perçus. La lône constitue en quelque sorte un "modèle réduit" du système fluvial. La conductivité dans les stations 1, 2 et 3 (étude 1980-1981, nov. 1984 - tableau I) est révélatrice de cet enrichissement ionique des eaux, progressif de l'amont vers l'aval, par le para-écoulement souterrain au cours des basses eaux.
<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>Figure 19 - Relation entre la conductivité et la température de l'eau. Le Rhône à Saint Benoît et à Chancy
CHANCY Conductivité = 332,31 e⁻ 0,017 t°C
N = 49 et r = 0,748
SAINT-BENOIT Conductivité = 370,06 e⁻ 0,022 t°C
N = 60 et r = 0,910</figcaption></figure>

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>Figure 20 - Relation entre la conductivité et la température de l'eau. Stations RH et CH
Conductivité = 402,26 e⁻ 0,025 t°C N = 57 et r = 0,842</figcaption></figure>
<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>Figure 21 - Evolution des principaux paramètres dépendant directement du cycle thermique.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>Figure 22 - Relation entre le calcium et les sulfates.</figcaption></figure>

$$ \begin{gathered} \text{Ca}^{++}(\text{mM}) = -2.19 \text{SO}_4^{2-}(\text{mM}) + 4.28 \\ \text{N} = 98 \text{ et } r = -0.59 \end{gathered} $$

<table><thead><tr><th>Date</th><th>Débit moyen</th><th>Station 1</th><th>Station 2</th><th>Station 3</th></tr></thead><tbody><tr><td>17.02.81</td><td>357 m3/s</td><td>336 µS</td><td>405 µS</td><td>467 µS</td></tr><tr><td>15.11.84</td><td>120 m3/s</td><td>339 µS</td><td>450 µS</td><td>501 µS</td></tr></tbody></table>

L'influence du débit du fleuve n'est pas percue sur la teneur en calcium. La corrélation inverse [calcium = f (sulfates)] (figure 22), témoigne de la dualité d'origine des ions calcium et explique l'absence d'un parallélisme rigoureux des courbes représentatives du calcium et des bicarbonates en fonction du temps. La confrontation de deux masses d'eau aux caractéristiques géochimiques différentes : l'une d'origine lémanique (calcium associé aux sulfates et aux bicarbonates), l'autre en provenance des affluents jurassiens et périalpins (calcium principalement trouvé sous la forme de bicarbonates) conduit, pendant les crues, à l'obtention d'une valeur moyenne, intermédiaire entre l'accroissement observé pour les bicarbonates (concentration) et la baisse des sulfates (dilution).

Le magnésium présente un cycle saisonnier nettement moins accentué que celui du calcium. La solubilité meilleure du carbonate de magnésium par rapport à celle du carbonate de calcium, la part importante liée aux sulfates (baisse de la teneur pendant les crues), apparaissent justificatives de l'inflexion modérée de la courbe.
II-2-2-1-2-4 Le pH

Le pH résume la stabilité de l'équilibre établi entre les différentes formes de dissociation de l'acide carbonique. Sa variation est faible dans un milieu tamponné comme le Rhône. Le pH moyen (8,0) muni d'un coefficient de variabilité (écart-type / moyenne x 100 = 2,5%) minime, a été fortement mis en valeur par le facteur 3 de l'analyse (cf. figure 13). La reconstitution graphique s'est attachée aux valeurs les plus basses (pH = 7,6), enregistrees par 3 fois au cours de l'année.

Une baisse hivernale, peu perceptible dans le fleuve, plus nettement dans la lône (figure 23), parallèle à la diminution du débit, montre une fois de plus le rôle tenu par les eaux souterraines au cours des étiages (pH moyen à la station PU = 7,6). Mais les apports souterrains n'apparaissent pas comme l'élément explicatif des valeurs observées et notamment des plus basses. Il suffit, pour s'en convaincre de regarder l'évolution du pH à Chancy-Pougny, dépendante de celle du lac Léman et de l'Arve. Les valeurs les plus basses obtenues à Saint-Benoît suivent d'une part les crues d'avril et de mai (juin 1983), d'autre part les hautes eaux estivales (fin octobre 1983) lorsque les apports par les affluents sont encore faibles et que ceux d'origine glaciaire s'attènuent. Une première approche consistant à valoriser une alimentation souterraine accrue postérieurement à deux épisodes hydrologiques importants (crue printanière et hautes eaux estivales) s'avère inexacte en l'absence d'élévation parallèle des bicarbonates et de la conductivité. Seule, une hausse des concentrations de sulfates (de 30,7 à 38,3 mg/l en juin, de 31,4 à 40,3 mg/l en octobre) permet de suspecter une modification des apports superficiels, en l'occurence une prédominance des eaux d'origine lacustre (Léman). Or, pendant cette prédominance estivale, le pH n'est jamais tombé au dessous de 8,0. Le pH des eaux superficielles du lac Léman alimentant le Rhône lémanique, est fortement soumis aux fluctuations de l'activité phytoplanctonique (figure 24). Il est généralement inférieur à 8,0 pendant la saison froide et peut rapidement, à la faveur du développement algal, atteindre des valeurs élevées. En conséquence, les valeurs basses du pH des eaux à Saint-Benoît, correspondant aux intersaisons différenciées par les régimes pluviaux et nivo-glaciaires, peuvent être expliquées vraisemblablement par la prépondérance des apports lacustres à pH bas, avant que ne débute l'activité photosynthétique responsable de la hausse du pH, ou postérieurs à cette activité, lorsque le pH est de nouveau retombé.

Le pH à Chancy et à Saint-Benoît résulte des interactions complexes entre les apports : lacustres, périphériques (superficiels et souterrains) et l'activité biologique des réservoirs naturels ou artificiels (retenues de barrage).

<figure><img src="image_34.png" /><figcaption>Figure 23 - Evolution du pH dans les stations RH et CH, et dans le Rhône à Chancy-Pougny.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_35.png" /></figure>

Figure 24 - Evolution du pH dans les eaux superficielles du Léman, en rapport avec l'activité phytoplanctonique. (Données CIPEL, 1984).
<figure><img src="image_36.png" /><figcaption>Figure 25 - Evolution de la teneur en N-NO₃⁻: du Rhône à l'émissaire du Léman, à Chancy, à Saint Benoît et de l'Arve à Genève.</figcaption></figure>
II-2-2-2 LES NITRATES

L'évolution de la teneur en N-NO₃⁻ apparaît, au même titre que les ions vus précédemment, soumise au rythme saisonnier. La reconstitution graphique (figure 13) par le premier facteur donne la tendance générale de cette évolution (valeurs basses en été, hautes en hiver). Cette tendance s'observe sur l'ensemble du cours du Rhône. La figure 25 donne l'évolution des teneurs en azote nitrique à l'émissaire du lac Léman, à Chancy après confluence de l'Arve et à Saint Benoît au cours de l'année 1983. L'activité phytoplanctonique au sein des eaux superficielles (figure 26) du lac Léman est à l'origine de la baisse estivale observée à l'émissaire. La courbe présente, à partir du mois de juin, une succession de phases descendantes et ascendantes que l'on peut attribuer aux différentes phases de consommation par les algues puis de relargage postérieur à la mort des cellules par minéralisation. La teneur observée résulte de ces deux phénomènes inversés: la production de matière organique azotée (baisse des concentrations) et la minéralisation de cette matière organique qui restitue les nitrates mobilisés par la matière vivante.

La baisse estivale observée ne répond plus à des lois physico-chimiques mais à une activité biologique parallèle à l'élévation de la température. Cette courbe en dents de scie se retrouve à Chancy, à un niveau supérieur, en raison de l'influence de l'Arve dont les teneurs sont nettement plus élevées. On peut toutefois s'interroger sur l'existence de trois pics particulièrement nets. Ceux-ci ne peuvent être expliqués que par des apports périphériques (affluents) mais les informations que pourraient apporter la courbe des débits moyens journaliers de l'Arve ne permet pas d'apporter d'explication satisfaisante à l'existence de ces fortes valeurs à Chancy. Si l'Arve est pourvoyeur de nitrates, l'agglomération genevoise contribue certainement à cet enrichissement. D'autre part, les précipitations peuvent fort bien lessiver des terrains agricoles et apporter un surplus momentané d'azote nitrique.

L'étude de l'influence de la température de l'eau sur les teneurs en nitrates permet d'appréhender cet enrichissement des eaux fluviales en azote nitrique (figure 27 - année 1983).

L'activité biologique, liée indirectement à la température, induit une corrélation linéaire négative à l'émissaire du lac

$$ \text{EMISSAIRE: N-NO}_3^- = -0,021 \text{ t°C} + 0,628 \\ \text{N} = 23 \text{ et } r = -0,850. $$

L'Arve, dans lequel la teneur en N-NO₃⁻ est soumise d'une part à

<figure><img src="image_37.png" /><figcaption>Figure 26 - Evolution annuelle de l'azote nitrique dans les couches superficielles du lac Léman (figure empruntée à MONOD et coll., CIPEL 1984).</figcaption></figure>
l'évolution de la température, d'autre part à celle du débit (corrélé positivement à la température, cf. régime nivo-glaciaire), contribue à une élévation des teneurs à Chancy, plus particulièrement en hiver, pendant les étiages. L'influence de l'hydrologie entraîne une altération de cette droite, le meilleur ajustement devient logarithmique, dès les premiers apports des affluents.

$$ 
\begin{array}{l}
\text{ARVE : } N-\text{NO}_3^- = -1,138 \log t\,^\circ\text{C} + 1,818 \\
\quad N = 34 \text{ et } r = -0,777.
\end{array}
 $$

$$ 
\begin{array}{l}
\text{CHANCY : } N-\text{NO}_3^- = -0,840 \log t\,^\circ\text{C} + 1,473 \\
\quad N = 21 \text{ et } r = -0,847.
\end{array}
 $$

Si l'influence du lac Léman est très nette en été sur la totalité du Haut-Rhône français pour les différents ions vus précédemment, on ne retrouve pas cette jonction des courbes observée dans les figures 19 et 20 (Evolution de la conductivité avec la température de l'eau). Il est possible de concevoir une consommation moindre du stock de nitrates en milieu courant pendant la période estivale par rapport à celle observée dans un milieu lacustre, ainsi qu'un maintien d'apports estivaux importants malgré l'étiage des affluents à régime pluvial.

La forte charge en N-NO₃⁻, caractéristique des eaux phréatiques et du para-écoulement fluvial (moyenne PU = 5,3 mg/l N-NO₃⁻) au même titre que les sulfates pour les eaux fluviales superficielles, est susceptible d'enrichir le Rhône. Ce processus semble à l'origine de la légère différence existant entre les eaux du Rhône et celles de la lône des Chèvres. Cependant, pendant les étiages sévères, la faiblesse des écoulements dans la lône favorise une consommation importante des nitrates, escamotant ainsi totalement la perception des apports souterrains diffus en N-NO₃⁻. Le débit des eaux en provenance de la nappe phréatique et du para-écoulement rhodanien n'apparaît pas suffisant dans ce secteur pour être à l'origine de la hausse des teneurs de l'amont vers l'aval. L'essentiel de l'azote nitrique provient des affluents et des apports organiques liés aux activités riveraines.

L'enrichissement du Rhône en nitrates, de l'amont vers l'aval, est nettement montré sur la figure 28 (données de 1981, Agence de Bassin R.M.C.).

L'ion nitrate, dont l'origine naturelle est à l'heure actuelle plus que discutable, n'apparaît pas comme un bon descripteur du fleuve, au moins à l'échelle régionale. Mais sa sensibilité vis à vis du développement des organismes végétaux conduit à une utilisation préférentielle comme

<figure><img src="image_38.png" /><figcaption>Figure 27 - Relation entre la teneur en N-NO₃⁻ et la température de l'eau aux stations suivantes : le Rhône à l'émissaire du Léman, à Chancy-Pougny, à Saint Benoît (RH et CH), l'Arve à Genève.
EMISSAIRE : N-NO₃⁻ = -0,021 t°C + 0,628 N = 23 et r = 0,850.
ARVE : N-NO₃⁻ = -1,138 log t°C + 1,818 N = 34 et r = 0,777.
CHANCY : N-NO₃⁻ = -0,840 log t°C + 1,473 N = 21 et r = 0,847.
RH (St BENOIT) : N-NO₃⁻ = -0,499 log t°C + 1,048 N = 41 et r = 0,795.
CH (St BENOIT) : N-NO₃⁻ = -0,483 log t°C + 1,070 N = 35 et r = 0,749.
Les données encerclées ont été exclues du calcul. (Origine des données relatives à l'Arve et au Rhône suisse: Service d'Hydrobiologie et de Microbiologie des Denrées Alimentaires de l'Institut d'Hygiène à Genève et laboratoire des Eaux des Services Industriels de la ville de Genève).</figcaption></figure>
<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>Figure 28 - Relation entre la teneur en N-NO₃⁻ et la température de l'eau aux stations suivantes : le Rhône à Collonges, en aval du canal de Savière et à Villeurbanne.</figcaption></figure>

RHONE (COLLONGES) : N-NO₃⁻ = - 0,893 log t°C + 1,343

N = 12 et r = 0,893.

RHONE (BOURGET) : N-NO₃⁻ = - 0,922 log t°C + 1,473

N = 12 et r = 0,850.

RHONE (VILLEURBANNE) : N-NO₃⁻ = - 1,132 log t°C + 1,962

N = 12 et r = 0,965.

(données 1981, Agence de Bassin R.M.C.).

descripteur comparatif des milieux paléopotamiques définis par le PIREN-Rhône (1982). Le **paléopotamon** est défini comme un milieu créé par les divagations du fleuve mais totalement isolé du lit majeur à l'heure actuelle. La teneur en azote nitrique (N-NO₃⁻) des eaux du paléopotamon va être dépendante de l'alimentation en eaux souterraines (fortement chargées en N-NO₃⁻) dont les flux sont contrôlés par les précipitations et le colmatage du substrat. La teneur des eaux superficielles est alors commandée par la rapidité du renouvellement en eau et la consommation biologique des nitrates.

Nous verrons à l'échelle locale l'intérêt présenté par l'azote nitrique dans l'interprétation des résultats obtenus sur la Morte du Sauget, qui n'appartient toutefois pas au type paléopotamique.
## II-2-2-3 LES SULFATES

L'intérêt présenté par les sulfates en tant que descripteurs physico-chimiques du Haut-Rhône a été mis en valeur par les travaux de Juget et coll. en 1976, 1979 et 1982, au cours d'études réalisées sur un ancien méandre du Rhône (la lône des Pécheurs) en communication avec le fleuve à son extrémité aval. Ces auteurs ont montré l'existence d'un effet lisière engendré par l'interaction des eaux de l'aquifère alluvial (pauvres en sulfates : concentration inférieure à 10 mg/l, riches en bicarbonates de calcium) et du fleuve à réserve alcaline plus faible mais à forte teneur en sulfates. Le suivi des concentrations des ions majeurs de l'eau, dont les sulfates, soumis aux oscillations des flux des masses d'eau en présence, a apporté des informations importantes permettant de visualiser l'origine et l'importance des différents apports (fluviaux, phréatiques, pluviaux,...).

L'ion sulfate a été choisi comme paramètre descripteur de l'hydrologie (ainsi que la conductivité et les nitrates) dans le cadre d'un essai de méthodologie cartographique appliquée à la vallée fluviale du Haut-Rhône (PIREN, 1980 et 1982). Ce descripteur peut être utilisé à des échelles différentes. L'échelle régionale permet l'étude des variations spatiales et temporelles provoquées par les apports successifs des affluents; l'échelle locale permet de visualiser les relations existantes entre les divers compartiments hydriques du fleuve. Ces deux échelles d'investigation sont abordées dans l'analyse et l'interprétation des résultats obtenus dans le Rhône et la lône des Chèvres.

### II-2-2-3-1 Origine des sulfates

Les sulfates, forme du soufre dissous la plus répandue dans les eaux naturelles, ont essentiellement deux origines : géochimique et atmosphérique.

L'érosion est le principal agent d'enrichissement des eaux superficielles par dissolution du gypse et accessoirement par oxydation de la matière organique des sols et des sulfures présents dans les roches sédimentaires et cristallines. Le gypse (CaSO4·2H2O) abonde dans les terrains triasiques du bassin versant du Rhône valaisan et de la Dranse (principal affluent du lac léman après le Rhône). La teneur moyenne du Rhône, Porte du Scex est de 51,3 mg/l, celle de la Dranse: 79,9 mg/l (1976-1980).

Sur le bassin versant du lac Léman, l'érosion emporte 40 g/m2/an de sulfates. Une faible superficie (10 %) du bassin considéré est impliquée dans cet apport (ZAHNER in CIPEL, 1984).

Le Haut-Rhône français est également enrichi en sulfates par ses affluents en aval du lac Léman; mais, seul l'Arve peut contribuer à réhausser les teneurs mesurées à l'émissaire du lac.

La deuxième source importante de sulfates est d'origine atmosphérique. Si la provenance des sulfates par les précipitations peut être liée à une activité volcanique, cette dernière est ridiculement faible en regard de celle résultant des activités humaines, notamment par la combustion des sources d'énergie fossiles. Ces sulfates d'origine anthropique sont trouvés en tout lieu. CHACORNAC (1985) cite des teneurs de 2,5 à 8,0 mg/l dans les eaux de précipitations arrosant le bassin versant du lac du Brévent (2100 m - Vallée de Chamonix - bassin versant de l'Arve). D'autre part, des valeurs enregistrées sur le plateau suisse peuvent parfois atteindre plus de 100 mg/l (ZAHNER, CIPEL, 1984).

Les apports atmosphériques apportent ainsi 6080 tonnes par an en moyenne pluriannuelle 1976-1980 à la surface du Léman (BURKARD et coll. in CIPEL, 1984). Même si cette quantité représente peu de chose face aux seuls apports du Rhône alpestre : 260000 tonnes par an (moyenne 1976-1980)(BURKARD in CIPEL, 1984), ces apports atmosphériques en hausse doivent être connus dans l'établissement de bilans généraux annuels.

Les apports d'origine agricole par le biais du ruissellement ne sont pas quantifiés mais ne sont certainement pas négligeables.

### II-2-2-3-2 Evolution des sulfates sur le profil en long de Genève à Saint Benoît

### II-2-2-3-2-1 *Les concentrations*

#### Le Léman

Le lac agit comme un réservoir tampon de grande capacité et son rôle est déterminant sur la géochimie des eaux de l'exutoire. A l'heure actuelle, la concentration de sulfates dans le lac est de 50 mg/l environ. La valeur de 50,1 mg/l a été relevée au centre du lac le 2 mars 1981 (point SHL2) après brassage hivernal ayant homogénéisé totalement les eaux (CIPEL, 1984, p.577).

Cet effet tampon pourrait conduire à considérer le Rhône lémanique comme muni de caractéristiques géochimiques stables ; seul alors le débit entrerait en ligne de compte dans l'interprétation de l'évolution des concentrations observées à l'aval. Or, la teneur en sulfates
des eaux superficielles varie, principalement selon un cycle saisonnier (ZAHNER, CIPEL, 1984) (figure 29, empruntée à ZAHNER).

<figure><img src="image_40.png" /><figcaption>Figure 29 - Evolution saisonnière des sulfates à la surface du Grand Lac en SHL2 (0 m), moyenne interannuelle 1977-1982). Figure empruntée à ZAHNER, CIPEL 1984, p. 195.</figcaption></figure>

Les valeurs les plus basses sont relevées pendant la saison chaude (juillet, août et septembre), les plus hautes en hiver. Ces variations sont mises en relation avec l'activité planctonique et bactérienne (MEYBECK, 1970). Pourtant, les teneurs observées en surface au cours de l'année 1983 semblent peu révelatrices de ces phénomènes mais plutôt de l'abondance des précipitations atteignant la surface du lac, voire de l'influence des apports en eau par les affluents du lac. Les concentrations redeviennent proches de 50 mg/l, valeur trouvée dans l'hypolimnion, lorsque l'atténuation de la stratification thermique permet un brassage partiel ou total des eaux.

La faible profondeur relative du Petit Lac, la stratification thermique font que le Rhône lémanique présente les caractéristiques ioniques de l'épilimnion (MEYBECK, 1970).

Malgré l'existence d'une oscillation des teneurs en sulfates non encore expliquée, la faible amplitude des variations observées permet de

prendre la valeur de 50 mg/l comme référence annuelle à l'exutoire du Léman.

La concentration observée à Genève, avant confluence de l'Arve, est donc similaire à celle observée à la surface du lac. La figure 30 donne la variation moyenne des sulfates dans la zone trophogène du Petit Lac (0-20m) en 1983 (tableau VI). Cette moyenne intègre à la fois la dilution des eaux de surface par les précipitations et l'activité biologique de l'épilimnion.

<figure><img src="image_41.png" /><figcaption>Figure 30 - Evolution saisonnière des sulfates à la surface du Petit Lac (1983). Données fournies par la station I.N.R.A. de Thonon.</figcaption></figure>

## Le Rhône à Chancy-Pougny

Le Rhône lémanique (Q = 244 m³/s) recoit l'Arve à Genève. Cet affluent important (Q = 78,8 m³/s) est riche en sulfates. La variation de la concentration est sous la dépendance du débit (r=-0,87 pour N=62) (figure 31). L'oscillation des teneurs engendrée par celle du débit est considérable par rapport à celle constatée à la surface du lac Léman.

## Variations des sulfates dans l'Arve à Genève

Données du Service des eaux de la ville de Genève

<table><thead><tr><td>Année</td><td>Moyenne</td><td>Maxima</td><td>Minima</td></tr></thead><tbody><tr><td>1981</td><td>48,7</td><td>88,3</td><td>24,6</td></tr><tr><td>1982</td><td>50,1</td><td>86,3</td><td>22,3</td></tr><tr><td>1983</td><td>48,1</td><td>87,9</td><td>22,8</td></tr></tbody></table>
## II- Caractérisation et différenciation physico-chimiques

L'évolution annuelle (calculée pour les débits moyens mensuels de l'année de référence) des sulfates dans l'Arve (figure 33, tableau VII) est due au régime nivo-pluvial de l'Arve caractérisé par des hautes eaux estivales (d'où une baisse des sulfates par dilution) et une prédominance des étiages en saison froide parallèlement à ceux du Rhône lémanique (hausse des sulfates). Le débit de l'Arve va ainsi conditionner les teneurs en sulfates mesurées en aval de la confluence Rhône-Arve. L'étude du mélange des eaux se réfère à des dosages effectués par le Service des eaux de la ville de Genève, à Chancy-Pougny (frontière franco-suisse) au cours des années 1979, 1980, 1981 et 1982. La corrélation sulfates-débit calculée pour les eaux fluviales (r=-0,62, N=138) (figure 31) est moins bonne que celle obtenue sur l'Arve, en raison des interférences lacustres discutées précédemment.

La résultante des deux contributions (figure 33, tableau VII) montre que les concentrations de sulfates sont minimales pendant les mois de juin et juillet, les maximums se situent en novembre, décembre et janvier, pendant les étiages du Rhône lémanique et de l'Arve. En hiver, dans le Léman après brassage des eaux, les concentrations de sulfates sont maximales ; le débit de l'Arve est faible, les concentrations y sont élevées. La résultante en est l'obtention de fortes valeurs après la confluence (figure 32), valeurs excédant parfois 50 mg/l (limite "théorique" si le lac Léman avait été le seul pourvoyeur en sulfates du Haut-Rhône français). Dès la première confluence, l'évolution des sulfates est déjà sous la dépendance du débit de l'affluent; les concentrations tendent vers un tracé inverse de celui du débit. Ce phénomène va s'accentuer vers l'aval en l'absence d'apports importants de sulfates.

## Le Rhône à Saint Benoît

De Chancy à St Benoît, le Rhône recoit une multitude d'affluents moins chargés en sulfates. Le régime pluvio-nival de ces affluents, opposé à celui nivo-glaciaire du Rhône amont, entraîne une dilution des eaux d'où une baisse sensible des sulfates à l'aval : 36,1 mg/l (teneur moyenne à Chancy : environ 43 mg/l). Lorsque les affluents périalpins et jurassiens ne sont pas en crue (période de fortes dilutions dont le mois de mai 1983 constitue un bon exemple, figure 33, tableau VII), les variations observées à Chancy se retrouvent à l'aval. L'écart des concentrations va s'atténuer pendant l'été lorsque les rivières à régime pluvial seront au plus bas et que le Rhône glaciaire assure le maintien des débits. La corrélation SO4/débit du Rhône à Saint Benoît est meilleure suite à une nette augmentation des apports d'origine pluviale. L'effet "Léman" est estompé car les variations créées par les apports latéraux sont prédominantes.

<figure><img src="image_42.png" /></figure>

<figure><img src="image_43.png" /></figure>

<figure><img src="image_44.png" /><figcaption>Figure 31 - Relation [SO4]= f (Q) : l'Arve à Genève, le Rhône à Chancy et à Sault-Brénaz.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_45.png" /><figcaption>Figure 32 - Evolution des sulfates dans le Rhône à Chancy-Pougny et à Saint Benoît.

Les teneurs indiquées à Chancy-Pougny ont été calculées pour le débit moyen journalier du jour précédent l'échantillonnage à Saint Benoît (J-1).</figcaption></figure>
<figure><img src="image_46.png" /></figure>

<figure><img src="image_47.png" /></figure>

<figure><img src="image_48.png" /><figcaption>Figure 33 - Evolution mensuelle des sulfates :</figcaption></figure>

A - calculés pour les débits de l'année de référence (1925-1983 à Chancy, 1920-1983 à Sault-Brénaz)

B - calculés pour les débits de l'année 1983

1 - les débits moyens mensuels

2 - les concentrations calculées pour le débit (1)

3 - les flux mensuels.
Le tableau VIII donne les teneurs moyennes de sulfates dans quelques uns des principaux affluents du Rhône, entre Genève et Lyon (données de l'Agence de Bassin Rhône-Méditerranée-Corse).

II-2-2-3-2-2 Les flux de sulfates

L'étude des flux utilise les relations mathématiques établies entre la concentration et le débit [C - F(Q)]. Ces équations, pouvant être utilisées en raison de la mesure en continu des débits du Rhône, permettent d'avoir la concentration en sulfates pour un débit donné (moyen journalier, mensuel ou annuel) à partir desquels sont obtenus les flux selon F = f(Q) x Q. Les flux sont exprimés en tonnes par jour, par mois ou année.

L'évolution mensuelle des flux a été représentée sur la figure 33 (tableau VII). Elle fait apparaître, d'une part les apports des affluents, d'autre part des flux de sulfates à Saint Benoît inférieurs à ceux de Chancy, pendant les mois de juin, juillet et août (référence) voire septembre en plus pour 1983. Dans un cadre purement théorique, une absence totale d'apports estivaux par les affluents entre Chancy et Saint Benoît conduirait à la superposition des courbes; or, les écoulements même minimes des affluents pendant l'été participent à des apports ioniques et ces derniers ne sont plus observables.

Deux explications peuvent être données à ce déficit:

- le nombre croissant de retenues sur le Haut-Rhône a augmenté le temps de transit des eaux et la profondeur relative du chenal; la température de l'eau en été, favorable au développement des organismes, peut entraîner une anaérobiose du milieu aquatique; la conjonction de ces diverses conditions est optimale pour contribuer à une biodégradation des sulfates;

- l'existence d'un déficit en eau (remarqué lorsqu'on soustrait le débit de Bognes à celui de Sault-Brénaz - figure 34) répété plusieurs jours de suite (excluant la seule mise en cause des stockages et déstockages des barrages) au cours de l'été permet d' envisager un remplissage par les eaux superficielles du Rhône des nappes environnantes. En effet, ces dernières sont fortement sollicitées par la production végétale et leurs remplissages par les affluents à régime pluvial n'est alors pas possible ; on peut donc considérer que le Rhône ( au plus haut par ses apports glaciaires) joue ce rôle au sein de la vallée alluviale.

La figure 35, relative aux flux calculés à Chancy et à Saint Benoît, permet de résumer l'ensemble des phénomènes hydrologiques

responsables de l'évolution des sulfates entre ces deux points. Si les apports de sulfates dépendaient exclusivement du système LEMAN-ARVE (et en l'absence de pertes d'amont en aval), la similarité des flux observés aux différentes dates et dans les deux stations conduirait à un alignement des points selon une droite de pente 1. Cette situation est pratiquement trouvée lorsque le débit du Rhône genevois (émissaire+Arve) est prédominant sur celui des affluents périphériques (nuage de points central). Il s'agit essentiellement de la période estivale lorsque le régime nivo-glaciaire prend le pas sur le régime pluvial. Dès que les débits des affluents périalpins et jurassiens augmentent de nouveau par le biais des précipitations, les flux redeviennent nettement différents et supérieurs à l'aval. Ceci se produit, soit au cours des crues (nuage de points supérieur) affectant le bassin versant des affluents précités ou la totalité du bassin versant du Haut-Rhône, soit pendant les étiages du Rhône genevois (nuage de points inférieur). La coïncidence des étiages du Rhône nivo-glaciaire et de ses affluents entraîne le même phénomène et non un rattachement des observations au noyau central; ce, pour les raisons suivantes :

1) les affluents sont en basses eaux, les concentrations de sulfates y sont donc maximales (dilution moindre), en conséquence les flux peuvent fort bien être aussi élevés qu'en hautes eaux : la teneur compense la faiblesse du débit;

2) le régime du Rhône est soutenu par sa nappe alluviale et son sous-écoulement qu'il a lui-même rempli pendant l'été; les eaux interstitielles environnantes, soumises aux fluctuations du fleuve, sont encore fortement chargées en sulfates : des valeurs comprises entre 25 mg/l et 30 mg/l ont été relevées dans la station PU pendant les mois d'octobre, novembre et la première quinzaine de décembre.

Remarque: le phénomène d'enrichissement en sulfates est possible dans ce secteur car le Rhône y est en phase d'exhaussement de son lit (BRAVARD, 1982); un débit du fleuve important influence alors grandement le milieu souterrain environnant par débordement. Ceci n'existe pas dans le secteur de Jons où le lit en phase de surcrousement favorise le drainage des nappes phréatiques environnantes soumises aux précipitations pluviales et peu chargées en sulfates. En conséquence, pendant les étiages du Rhône à Jons, les concentrations vont baisser sensiblement dans le fleuve (REYGROBELLET, com. pers.).

3) le Rhône lémanique est fortement chargé.

Les effets synergiques de ces trois phénomènes contribuent donc à l'aval, à l'obtention de flux de sulfates nettement supérieurs à ceux de
<figure><img src="image_49.png" /><figcaption>Figure 34 - Les débits moyens journaliers du Rhône à Sault-Brénaz en 1983 et celui des affluents entre Bognes et Sault-Brénaz (obtenus par différence Q Sault (J) - Q Bognes (J-1)).</figcaption></figure>
l'amont malgré l'existence d'une prédominance des débits issus du Rhône supérieur, au même titre que pendant les hautes eaux estivales.

<figure><img src="image_50.png" /><figcaption>Figure 35 - Relation entre les flux estimés à Chancy-Pougny et à Saint Benoît.</figcaption></figure>

### II-2-2-3-3 Evolution des sulfates à l'échelle locale

La distance entre les deux points de prélèvement (RH) et (CH) n'est pas suffisante pour observer des différences significatives des concentrations (tableaux II et III). Si, au cours des étages, les apports en eau par le para-écoulement du fleuve sont très bien percus grâce aux ions existant à des concentrations très différentes entre les deux milieux (par exemple : les bicarbonates), les teneurs en sulfates ne sont pas suffisamment contrastées pour permettre d'enregistrer une baisse sur une aussi petite distance (250 m environ). Les études réalisées en 1980-1981 et novembre 1984 sur la totalité de la lône ont montré toutefois des variations intéressantes. Les six stations choisies ont permis d'apprêhender une évolution spatiale par rapport au débit du fleuve, ainsi que le rôle joué par

les affluents dont les effets cumulés conduisent rigoureusement aux transformations physico-chimiques du milieu discutées précédemment.

Au cours des étages prononcés et prolongés supprimant l'écoulement des eaux sur la quasi-totalité du bras, les sulfates baissent progressivement d'amont en aval, même dans le tronçon non soumis aux confluences des affluents.

Le tableau suivant donne les valeurs obtenues aux six points de prélèvement pour des débits inférieurs au module ($Q<450 \text{ m}^3\text{/s}$). Il est probable qu'à la date du 15 novembre 1984, les sulfates aient été, en sus de la dilution, consommés par l'activité biologique du sédiment (celui-ci était constitué essentiellement par des limons fins déposés pendant la vidange de juin 1984).

<table><thead><tr><th>DATE</th><th>DEBIT</th><th>1</th><th>2</th><th>3</th><th>5</th><th>6</th><th>4</th></tr></thead><tbody><tr><td>24 novembre 1980</td><td>267 m³/s</td><td>27</td><td>28</td><td>24</td><td>17</td><td>9</td><td>28</td></tr><tr><td>19 janvier 1981</td><td>417 m³/s</td><td>22</td><td>20</td><td>19</td><td>12</td><td>7,5</td><td>18</td></tr><tr><td>15 novembre 1984</td><td>120 m³/s</td><td>37</td><td>32</td><td>29</td><td>27</td><td>13</td><td>35</td></tr></tbody></table>

Ces résultats montrent :

- l'enrichissement progressif de la lône par le para-écoulement du fleuve,

- l'enrichissement probable de l'Huert par cette même nappe fluviale de par sa position géographique,

- le rôle joué par les affluents moins riches en sulfates que le Rhône.

On retrouve ainsi sur une courte distance l'ensemble des flux du réseau fluvial susceptibles d'intervenir sur les caractéristiques géochimiques du Rhône. Les sulfates, en raison d'une faible consommation biologique dans un milieu courant et bien oxygéné, en l'absence de modifications des teneurs par des processus physiques (tels que ceux qui gèrent les ions dépendant des équilibres calco-carboniques) ou biologiques (évolution de l'azote nitrique) apparaissent ainsi comme le meilleur descripteur étudié du Haut-Rhône français.
## II-2-3 LES MATIERES EN SUSPENSION

Les matières en suspension sont, à l'heure actuelle, responsables d'un des problèmes majeurs du Haut-Rhône français. Ces derniers sont une conséquence de la profonde modification du transit longitudinal des matières minérales et organiques par suite de l'aménagement hydro-électrique du fleuve. Les M.E.S. s'accumulent dans chaque retenue et sont remises en suspension à la faveur d'épisodes hydrologiques naturels (crues) ou artificiels (vidange triannuelle des barrages de Verbois et de Chancy-Pougny, vidange décennale de Génissiat). Ces vidanges sont rendues obligatoires en raison des apports minéraux importants de l'Arve.

### Teneurs en M.E.S. (mg/l) de l'Arve à Genève

<table><thead><tr><td>Année</td><td>Moyenne</td><td>Max.</td><td>Min.</td></tr></thead><tbody><tr><td>1983</td><td>129,92</td><td>666,24</td><td>3,84</td></tr><tr><td>1982</td><td>90,50</td><td>448,35</td><td>5,40</td></tr><tr><td>1981</td><td>151,32</td><td>911,80</td><td>5,17</td></tr></tbody></table>

Le tonnage moyen annuel des dépôts fins sédimentant dans les retenues de Verbois et Chancy-Pougny est estimé à 450 000 tonnes (données C.N.R.). On imagine aisément le résultat d'une chasse triannuelle où il est souhaité une évacuation maximale des 1 350 000 tonnes de sédiments fins pendant un temps très court (1 semaine environ).

Depuis la construction de ces ouvrages, les teneurs en M.E.S. ont nettement baissé sur la totalité du cours inférieur. PARDE (1925) cite des mesures faites à Lyon en 1844 par la Commission Hydrométrique de Lyon. La teneur moyenne était de 141 mg/l, soit pour un module annuel de 567 m³/s, un flux annuel de 2 500 000 tonnes. Ce même auteur considère qu'en l'absence de fortes crues au cours de l'année 1844, la valeur moyenne annuelle de 3 000 000 tonnes environ peut être retenue. En effet, lors de la crue du 26 octobre 1841, le Rhône roulait 1250 mg/l pour un débit de 3000 m³/s.

Ces valeurs sont considérables en regard de celles données par CELLOT et BOURNAUD (1984), qui annoncent 400 000 tonnes/an pour une année hydrologique moyenne à l'amont immédiat de Lyon (Q - 590 m³/s à Saint Clair). BERLY (com. pers.) donne, pour le Rhône à Jons, un flux de 400000 tonnes en 1982 (débit moyen = 646 m³/s). Ce calcul, réalisé à partir de données journalières, peut être considéré comme une meilleure estimation en regard de celle obtenue à partir d'une équation. Il intègre les teneurs élevées, éliminées dans le calcul de la courbe d'ajustement.

Malgré les erreurs qui peuvent accompagner ces estimations, l'écart est suffisamment explicite de la rétention minérale par les barrages,

établis sur la totalité du bassin versant.

Les M.E.S. et les paramètres associés (Matières Organiques Particulaires ou M.O.P. obtenues par perte au feu, et la transparence au disque de Secchi) ont été fidèlement reconstitués par le facteur 2 de l'Analyse (figure 13), représentatif du débit du fleuve. Ils apparaissent donc comme des descripteurs hydrologiques. Toutefois, ils présentent l'inconvénient majeur d'être fortement perturbés par l'existence des retenues; beaucoup plus qu'un élément en solution " pratiquement inerte en milieu courant " tel que l'ion sulfate. Les mesures réalisées à Saint Benoît vont donc donner des informations sur le caractère hydrologique du Haut-Rhône après le barrage de Génissiat.

L'intérêt principal des M.E.S. réside dans l'intégration totale des caractéristiques hydrologiques du fleuve : le débit au moment de l'échantillonnage, la provenance des eaux, et surtout la séquence hydrologique qui a précédé la mesure (étiages, crues, eaux moyennes,...). L'étude de la provenance des eaux nécessite une connaissance de la composition minéralogique des suspensions (DECAMPS et CASANOVA-BATUT - 1978). On signalera qu'en l'absence de critères scientifiques, les riverains ont été pendant longtemps à même de définir l'origine principale des eaux à partir de la coloration du Rhône par les suspensions.

A partir des matières en suspension, il est possible d'obtenir par perte au feu la teneur en M.O.P. Cette méthode peut, lorsque les M.E.S. sont élevées, majorer sensiblement les résultats en raison d'une perte de l'eau de constitution des argiles.

La transparence de l'eau est une fonction inverse de la quantité de M.E.S. Elle est mesurée à l'aide d'une technique simple, très parlante : la méthode de Secchi. L'immersion d'un disque, muni de plages alternées blanches et noires, jusqu'à sa disparition à la vue de l'expérimentateur, donne une profondeur qui sera notée comme valeur de la transparence. Cette technique, utilisée en milieu lacustre où elle intègre la couleur et la turbidité créées par les suspensions organiques (phytoplancton), peut fort bien être utilisée en milieu fluvial où la profondeur et la turbidité sont suffisantes pour garantir l'obtention d'une valeur. Mais la transparence des eaux fluviales dans le chenal principal est, à la différence des eaux stagnantes, dépendante des matières minérales qui prédominent largement dans un système lotique, du nombre de particules et de leur taille.
II-2-3-1 LES MATIERES EN SUSPENSION (M.E.S.)

La teneur des M.E.S. des eaux fluviales est fortement dépendante des crues. Chaque augmentation de débit se traduit par une élévation simultanée des M.E.S., mais la valeur mesurée est liée aux épisodes hydrologiques précédant le prélèvement. La figure 36 est parfaitement démonstrative de cet aspect. Un débit élevé n'implique pas forcément une valeur maximale des M.E.S. Le tableau suivant permet de s'en rendre immédiatement compte.

<table><thead><tr><td>Date</td><td>Débit</td><td>M.E.S.</td></tr></thead><tbody><tr><td>18 05 1983</td><td>1419</td><td>98,0 mg/l</td></tr><tr><td>19 09 1983</td><td>698</td><td>89,4 mg/l</td></tr><tr><td>18 10 1983</td><td>652</td><td>93,6 mg/l</td></tr><tr><td>28 11 1983</td><td>1169</td><td>258,3 mg/l</td></tr><tr><td>16 01 1984</td><td>684</td><td>64,4 mg/l</td></tr></tbody></table>

La charge en suspension observée va être fonction de plusieurs critères :

1) moment de la mesure dans le profil de la crue (phase ascendante, plateau, phase descendante),

2) situation de cette crue au sein de l'hydrogramme (un ou plusieurs pics successifs, précédée ou non par une période de basses eaux,...),

3) provenance des eaux (crue de la totalité des affluents du bassin versant, crue d'un seul affluent,...),

4) rétention ou non des eaux par les barrages.

La première augmentation notable du débit après un épisode de relative stabilité du débit se traduit par une charge en suspension importante. C'est le cas observé pour les crues de septembre, octobre, novembre 1983 et janvier 1984.

Une succession rapide de pics entraîne une baisse progressive des teneurs depuis la première phase ascendante jusqu'à la dernière, selon l'effet d'épuisement (exhaustion effect)(GOLTERMAN et coll., p.84,1983). La crue des mois d'avril et de mai constitue un exemple type de cette succession, au cours de laquelle les teneurs en M.E.S. ont diminué à chaque crue par baisse des quantités de matériaux transportables.

La teneur exceptionnelle relevée le 28 novembre 1983 a été reconstituée par le facteur 5 de l'analyse, reflet d'un phénomène hydrologique à caractère exceptionnel. Bien qu'elle puisse être considérée

<figure><img src="image_51.png" /><figcaption>Figure 36 - Evolution des Matières en suspension, des Matières Organiques Particulaires et de la Transparence au cours de l'année 1983. Les M.E.S. et les M.O.P. sont données en mg/l. La transparence en cm. Le débit est celui enregistré à Sault-Brénaz (moyennes journalières)</figcaption></figure>
comme une remise en suspension des sédiments par le brutal changement d'amplitude du régime hydrologique, il s'agit là d'une crue des affluents du bassin lémanique et de l'Arve. Des précipitations importantes en Haute-Savoie (115 à 130 mm le 26 novembre) entraînent une crue subite des rivières drainant cette région, puis du Rhône. L'Arve, dont la charge minérale est considérable et particulièrement reconnaissable par la coloration qu'elle donne à l'eau, est à cette date le principal fournisseur de M.E.S.. Le débit maximum instantané enregistré à Pougny est de 833 m³/s le 27 novembre (dont la majeure partie provient des affluents), de 1075 m³/s à Bognes le même jour, 1210 m³/s à Seyssel et de 1209 m³/s à Sault-Brénaz le 28 novembre. Le Rhône genevois (Léman + Arve) a fourni sensiblement 69 % de l'eau écoulée à Saint Benoît.

<figure><img src="image_52.png" /><figcaption>Figure 37 - Les Matières en suspension en fonction du débit.</figcaption></figure>

$$N = 116 \ r = 0,81 \ \text{M.E.S.} = 3,44 e^{2,54 \cdot 10^{-3} Q}$$

Les points encerclés n'ont pas été utilisés pour le calcul de l'équation. Ils correspondent à de brusques remises en suspension.

Les dates sont les suivantes : 1- 24 mars 1981, 2- 19 septembre 1983, 3- 18 octobre 1983, 4- 28 novembre 1983, 5- 16 janvier 1985.

Les M.E.S. sont données en mg/l, le débit correspond à la moyenne journalière de la date d'échantillonnage (Sault-Brénaz).

La relation associant les M.E.S. et le débit (figure 37), de type exponentielle, a été calculée à partir des relevés effectués pendant les années 1980, 1981, 1982, 1983 et 1984. Un regroupement des mesures (RH + CH) a été fait en l'absence de différence significative entre les teneurs observées dans le Rhône vif et dans la lône des Chèvres. Le tracé intègre en quelque sorte les valeurs obtenues en milieu hyperlotique, lotique, et à courant très faible, et donne ainsi une bonne représentativité de la charge en suspension dans la quasi-totalité du lit mineur du fleuve. Les teneurs élevées enregistrées au cours des crues ayant été exclues, cette courbe doit être considérée comme le reflet d'une année de référence.

Le calcul des flux de M.E.S. à Saint Benoît, réalisé à partir de l'équation obtenue, donne un flux annuel moyen de 154 000 tonnes pour un débit de 451 m³/s à Sault-Brénaz.

### II-2-3-2 LA MATIERE ORGANIQUE PARTICULAIRE (M.O.P.)

La matière organique particulière est naturellement corrélée au débit. La relation est linéaire (figure 38). Cette courbe est en concordance avec la relation qui associe les matières en suspension et la M.O.P. (figure 39) selon laquelle la teneur en M.O.P. diminue (en valeur relative) lorsque augmentent les M.E.S. (prédominance de la fraction minérale).

<figure><img src="image_53.png" /><figcaption>Figure 38 - Les Matières Organiques Particulaires en fonction du débit.</figcaption></figure>

$$N = 81 \ r = 0,85 \ \text{M.O.P.} = 5,91 \cdot 10^{-3} Q^{-0,616}$$

Les M.O.P. sont données en mg/l, le débit correspond à la moyenne journalière de la date d'échantillonnage (Sault-Brénaz).
## II- Caractérisation et différenciation physico-chimiques

<figure><img src="image_54.png" /><figcaption>Figure 39 - Les M.O.P. en fonction de la teneur en M.E.S.
N = 92 r = 0,889 M.O.P. = 0,263 M.E.S. 0,799
Les M.O.P. et les M.E.S. sont données en mg/l.</figcaption></figure>

L'évolution du taux de M.O.P. au sein des M.E.S. (figure 40) présente un intérêt supérieur à celui des teneurs brutes. Les taux oscillent entre 6 et 27% environ selon les tendances suivantes :

1) une baisse progressive du printemps jusqu'à l'hiver,

2) de faibles taux pendant les épisodes de crue (mai, 28 novembre 1983),

3) des remises en suspension provoquées par le brusque changement d'amplitude du régime, qui contribuent à réhausser les M.O.P.,

4) une fin d'été et un automne marqués par une succession de pics coincant avec les étiages du fleuve,

5) une baisse progressive des taux pendant les mois de juin-juillet, période du maximum du régime nivo-glaciaire.

Cette courbe est le résultat d'apports complexes issus du lessivage, de la production de matière vivante et de la pollution organique par les riverains. L'origine est double : allochtone (affluents, lac Léman, retenues, ...) et autochtone.

Les données existantes sur les teneurs en carbone organique total mesurées à l'émissaire du lac Léman et sur l'Arve en 1983, permettent de suivre l'évolution des matières organiques dissoutes ou en suspension dans l'eau (figure 40). Ces valeurs donnent un aperçu du transit de la matière

<figure><img src="image_55.png" /></figure>

<figure><img src="image_56.png" /></figure>

<figure><img src="image_57.png" /></figure>

<figure><img src="image_58.png" /><figcaption>Figure 40 -
A - Evolution du pourcentage de M.O.P. par rapport aux M.E.S à Saint Benoît (1983).
B - Le débit moyen journalier à Sault-Brénaz (1983).
C - Evolution des teneurs en carbone organique du Rhône à Chancy (1983).
D - Evolution des teneurs en carbone organique du Rhône lémanique (trait discontinu) et de l'Arve (trait continu) à Genève (1983).</figcaption></figure>
organique, issue à la fois d'un système lacustre où elle relève de la production primaire phytoplanctonique, et d'un système lotique où elle est essentiellement détritique (érosion). Ces courbes peuvent être le reflet des deux origines de la matière organique, dans un hydrosystème où se succèdent lac, affluents et retenues.

### II-2-3-3 LA TRANSPARENCE

La transparence mesurée à l'aide du disque de Secchi est essentiellement fonction de la lumière réfléchie par sa surface. Cette transparence est influencée par l'absorption lumineuse de l'eau et des matières dissoutes et particulaires. L'atténuation de la transmission lumineuse par les particules en suspension a été mise à profit pour une estimation approximative de la densité des populations phytoplanctoniques dans les systèmes lacustres eutrophes (WETZEL, 1983, p.66).

Ainsi, par exemple, pour le lac Léman, une relation inverse hautement significative de type y = b x a existe entre la transparence et la teneur en chlorophylle a (considérée comme un bon indice de l'abondance phytoplanctonique) (CIPEL, 1984).

La méthode de Secchi pour une mesure de la transparence (ou inversement de la turbidité) en milieu courant a été appliquée par DECAMPS et CASANOVA-BATUT (1978) dans la rivière Lot (Sud-Ouest de la France).

Ces auteurs ont montré que la turbidité de l'eau de cette rivière est principalement fonction de la quantité de particules, d'une taille comprise entre 2 et 20 µm. Les étiages coïncident avec la période estivale (régime de type pluvial) où les particules sont alors essentiellement organiques. Seule une forte élévation du nombre de particules peut entraîner un accroissement sensible de la turbidité pendant les basses eaux de saison chaude, ceci à débit constant; alors qu'en hautes eaux hivernales, le nombre de particules (surtout minérales) nécessaire pour l'obtention d'une turbidité équivalente est nettement moindre. A nombre de particules égal, la turbidité créée par les suspensions minérales est supérieure à celle produite par les suspensions organiques.

Le Rhône, caractérisé par un régime hydrologique inverse du précédent et un rapport des extrêmes moins élevé, présente une charge minérale importante en été malgré la prédominance des eaux d'origine lacustre, en raison des intenses apports minéraux de l'Arve. La charge minérale est de nature fine suite au fort ralentissement du transit par les retenues. La participation des M.O.P. à la turbidité de l'eau est alors nettement escamotée au profit de celle causée par les matières minérales; elle ne peut être significative qu'en conditions d'étiage, de fort

ensoleillement et de températures élevées, coexistence de paramètres abiotiques observable en arrière saison (exemple de l'automne 1983).

<figure><img src="image_59.png" /><figcaption>Figure 41 - La transparence en fonction du débit.
N = 108 - r = 0,818 - T = - 228,55 log Q + 716,83
La transparence est donnée en cm, le débit correspondant est une moyenne journalière (Sault-Brénaz).</figcaption></figure>

L'évolution de la transparence en fonction du débit du fleuve (figure 41) peut être différente d'un point d'étude à un autre. DECAMPS et CASANOVA-BATUT (1978) ont distingué plusieurs tronçons géographiques sur le Lot caractérisés par un type de variation de la turbidité de l'eau avec le débit. Ces différences résultent principalement des divers aménagements du cours d'eau (hydro-électriques, écluses, dragages, etc...). La courbe Tcm - f(Q) obtenue pour le Rhône à Saint Benoît ne constitue que le reflet de ce qui peut être observé en un point précis du fleuve, à l'aval d'une chaîne d'aménagements hydro-électriques. Cette relation sera différente sur un profil en long ou en travers du fleuve (troncons court-circuités, chenalisés ou retenues). La transparence, observée à l'heure actuelle, oscille entre 20 et 250 cm. La dispersion des valeurs de la transparence pour un débit donné provient de l'intégration par cette mesure de divers paramètres (teneurs en matières minérales, en matières organiques particulaires et dissoutes, nature et taille des suspensions, couleur de l'eau) et bien entendu de la précision qui peut lui être accordée.
<figure><img src="image_60.png" /><figcaption>Figure 42 - La transparence en fonction des Matières en suspension, en Matières Minérales et en Matières Organiques Particulaires.</figcaption></figure>

Les équations sont les suivantes :

$$N = 108 - r = -0,896 - T = 500,15 \text{ M.E.S. } -0,654$$

$$N = 89 - r = -0,888 - T = 414,00 \text{ M.M. } -0,625$$

$$N = 88 - r = -0,833 - T = 226,53 \text{ M.O.P. } -1,030$$

Les M.E.S., M.O.P. et M.M. sont données en mg/l.

<figure><img src="image_61.png" /></figure>

<figure><img src="image_62.png" /></figure>
Les relations associant la transparence à la charge en suspension (figure 42) montrent que :

1) la transparence des eaux fluviales est principalement dépendante de la teneur en matières minérales;

2) elle diminue rapidement lors d'un faible accroissement des M.E.S. en raison de la taille et de la nature des particules prédominantes (limons);

3) elle atteint sensiblement une valeur seuil lorsque les teneurs excèdent 50 mg/l de M.E.S..

La nature et la taille des particules en suspension dans une eau conduisent à l'obtention de tracés (T-f [M.E.S.]) distincts d'un type de cours d'eau à l'autre. La transparence devient le témoin des caractéristiques "visuelles" d'une eau. Une comparaison, donnée à titre d'exemple, entre le fleuve et le cours inférieur de deux affluents, la Save et l'Huert, montre que la transparence des eaux de ces deux rivières de plaine présente une amplitude de variation moindre que celle du fleuve (figure 43).

<figure><img src="image_63.png" /><figcaption>Figure 43 - Comparaison de la transparence en fonction des M.E.S. dans le Rhône + la lône des Grands Brotteaux et dans l'Huert + la Save (1980-1981).
Les M.E.S. sont données en mg/l, la transparence en cm.</figcaption></figure>

Le régime hydrologique complexe du fleuve soutenu alternativement ou simultanément par ses affluents à régime pluvio-nival, nivo-pluvial ou nivo-glaciaire contribue notablement au maintien d'une charge en suspension essentiellement minérale. L'absence d'étiages estivaux, à des périodes favorables pour la productivité phytoplanctonique, ne permet pas une hausse des M.O.P. suffisante pour perturber la corrélation M.E.S. - f(Q), comme cela peut être observé dans des rivières à régime pluvial, marquées par de profonds étiages estivaux favorisant d'une part la croissance du phytoplancton et d'autre part la diminution de la remise en suspension des sédiments (DECAMPS et CASANOVA-BATUT, 1978).

Une évolution dans ce sens peut être envisagée en raison de l'augmentation de la surface du lit mineur par les aménagements, du nombre de réservoirs et du kilométrage de portions court-circuitées dans lesquelles les débits réservés correspondent à des étiages artificiels. Le ralentissement de la vitesse du courant exagère la sédimentation minérale et il est concevable d'entrevoir une hausse de plus en plus marquée des M.E.S. pendant les remises en suspension créées par les brusques changements d'amplitude du niveau d'eau.

Le suivi des M.E.S. apparaît vraisemblablement comme le meilleur témoin de la modification des écoulements fluviaux. Cette étude exige toutefois une différenciation précise des suspensions, une connaissance de la nature et de la granulométrie des particules.
II-2-4 LA CHLOROPHYLLE a

L'étude de la chlorophylle a dans un milieu courant constitue, de par sa corrélation avec le nombre de cellules phytoplanctoniques (SWANSON et BACHMANN, 1976 ; KARLSTROM et BACKLUND, 1977 ; KHALANSKI, 1984) ou le biovolume algal (CAPBLANCQ et DAUTA, 1978), une bonne estimation de la biomasse algale (compte-tenu de la surestimation de la chlorophylle a due à l'interférence avec la préophytine).

La dynamique saisonnière de la chlorophylle a dans le Rhône (figure 44), dont la reconstitution est pratiquement le fait du facteur 4 de l'ACN (figure 13), s'individualise nettement de celle des autres paramètres étudiés. Cette relative indépendance est liée à l'existence d'un facteur biologique complexe : l'activité phytoplanctonique. Ce paramètre donne en quelque sorte les potentialités photosynthétiques du phytoplancton, fonction des effets synergiques d'un grand nombre d'éléments, abiotiques tels que la lumière, la température et ceux associés à l'hydrologie du cours d'eau, biochimiques (disponibilité des nutriments,...) et biologiques (succession des espèces algales,...). La quantité de nutriments, principal facteur limitant dans un système oligotrophe, ne l'est plus dans les systèmes fluviaux de la zone tempérée (MEYBECK, 1984), la production primaire est donc essentiellement fonction de la transparence.

<figure><img src="image_64.png" /><figcaption>Figure 44 - Evolution des teneurs en chlorophylle a du Rhône à Saint Benoît au cours de l'année 1983. La chlorophylle est donnée en µg/l.</figcaption></figure>

Son effet sera observé sur les mesures de 1983 au cours de l'été et de l'automne. Le Rhône présente une forte turbidité en été pendant son maximum nivo-glaciaire, limitant ainsi le développement algal pendant cette période. Des valeurs élevées ne peuvent être observées sur le fleuve qu'à partir du début de l'étiage (fin d'été et automne), et elles sont maximales lorsque la transparence et les conditions climatiques sont optimales. Elles chutent classiquement lors des hausses épisodiques et modérées du débit.

Il est certain que les valeurs obtenues au cours des mois de juillet, août, septembre, octobre et début novembre répondent relativement bien à ce facteur abiotique qu'est la transparence. Il n'en va pas de même si l'on s'intéresse aux autres périodes de l'année, marquées notamment par des crues. La coincidence des teneurs les plus élevées avec les épisodes hydrologiques importants de l'année 1983 apparaît frappante (crues d'avril-mai et de la fin novembre). L'impact des hautes eaux sur la chlorophylle a est d'ailleurs à l'origine de la reconstitution partielle des données par le facteur 2 de l'analyse (figure 13), de la crue du 28 novembre plus particulièrement. Le maximum printanier caractérisé par la croissance des Diatomées est observé traditionnellement dans les eaux continentales en avril-mai, suivi d'une chute brutale de la productivité début juin. On peut toutefois s'étonner de trouver des teneurs élevées conjointement à une turbidité des eaux supérieure à celle des mois qui suivent.

On rappelera qu'au cours des mois d'avril et de mai, les crues sont généralisées sur la totalité du bassin versant et que le débit du Rhône lémanique est alors important. Les concentrations en chlorophylle a de l'épilimnion lémanique (figure 45) présentant une dynamique saisonnière similaire à celle observée dans le fleuve (à des niveaux supérieurs cependant) suggèrent l'éventualité d'une "fourniture" algale d'origine lacustre sur la totalité du Haut-Rhône français. Bien que le fleuve ait fait l'objet de nombreuses modifications (créations de retenues), cet aspect ne peut être négligé.

FRIEDRICH & MÜLLER (1984) signalent qu'avant 1930, l'évolution saisonnière du phytoplancton dans le Haut-Rhin était dépendante de celle des grands lacs traversés par le fleuve et l'Aare. L'eutrophisation marquée du Rhin a totalement masqué ces apports. HAMMERTON (1972) a montré que le phytoplancton du réservoir de Sennar (barrage du Nil Bleu) persiste avec une réduction en nombre pendant 350 km en aval du barrage jusqu'à la confluence avec le Nil Blanc. Des pertes considérables ont alors lieu dans les eaux limoneuses du Nil, mais les principales espèces composantes du phytoplancton du Nil Bleu sont encore reconnaissables 100 à 200 km après la confluence.
<figure><img src="image_65.png" /><figcaption>Figure 45 - Evolution des teneurs moyennes de chlorophylle a dans la couche 0-10 mètres du lac Léman au point SHL 2. Données CIPEL (rapport 1983).</figcaption></figure>

Le rôle de pourvoyeur tenu par le lac Léman peut être raisonnablement élargi sous l'angle biologique en plus des caractéristiques géochimiques vues précédemment. Il est malgré tout probable qu'une partie non négligeable des algues existant dans le fleuve sont les représentants d'un véritable "potamoplancton" issu de l'ensemencement lacustre ou des lônes jouxtant le chenaï principal.

Les travaux de SWANSON et BACHMANN (1976) sur des cours d'eau de l'IOWA (U.S.A.) ont montré que les exportations algales proviennent principalement des populations benthiques existantes dans le lit du cours d'eau. Les flux s'accroissent significativement avec l'extension de la surface benthique en amont du point de prélèvement. DESSERY et coll., (1984) montrent par ailleurs que la proportion de tychoplancton (algues benthiques) au sein du phytoplancton dérivant s'accroît avec le débit. Des valeurs de 24 % en basses eaux et de 77 % en hautes eaux sont avancées pour la Vire (rivière du Bassin Parisien).

Les accroissements du débit et du transport minéral apparaissent comme autant de mécanismes favorables à la dislocation des masses algales benthiques, susceptibles d'accroître les teneurs en chlorophylle a pendant les crues. Le rôle tenu par le tychoplancton constitue une explication partielle plausible des observations faites au cours des crues fluviales. Le meilleur exemple reste la crue du 28 novembre 1983; la chlorophylle est en quantité supérieure à celle mesurée les semaines antérieures, période tout à fait optimale pour un développement du périlithon, notamment dans les

secteurs du Rhône court-circuités qui seront balayés par les eaux. On remarquera que les hausses synchrones débit-chlorophylle a sont surtout caractéristiques de la saison froide.

Dans le paragraphe II-2-3-2, il a été vu que les Matières Organiques Particulaires en suspension sont essentiellement détritiques (érosion des sols). Mais une partie de celles-ci est constituée par la production algale du milieu aquatique. L'étude des relations associant les M.O.P. et la chlorophylle a s'avère particulièrement complexe et la figure 46, dans laquelle ont été dissociées les différentes "saisons", ne donne que des tendances très générales.

La première tendance concerne une augmentation plus ou moins accusée de la chlorophylle a avec les M.O.P. La contribution algale est faible en hiver en raison d'une température et d'un éclairement peu favorables, moyenne pendant l'été en raison d'une turbidité importante, maximale pendant l'étéage automnal, au moins avant le refroidissement des eaux. L'automne est caractérisé par de brusques changements d'amplitude du débit (19 septembre et 18 octobre) entraînant une remise en suspension brutale des M.O.P. de nature détritique; le débit ne semble pas suffisant pour provoquer un transport du tychoplancton, hormis pour la crue du 28 novembre. Les teneurs enregistrées en mars, avril, mai et début juin oscillent beaucoup. Le début du pic algal printanier se situe au mois de mars, les M.O.P. sont alors principalement d'origine algale. La production primaire se perpétue malgré la crue avec un probable enrichissement par le tychoplancton produit sur la totalité des cours d'eau du bassin versant au cours des mois précédents. Un fort débit peut être responsable d'un enrichissement par dislocation de la couche benthique, puis, en raison de son accroissement, contribuer à une chute des teneurs par dilution. Cet aspect peut être observé pour les valeurs maximales du débit (dates du 9,18 et 24 mai).

La chlorophylle doit être considérée comme un paramètre complexe qui justifie à lui seul une étude complète accompagnée de mesures complémentaires : carbone organique, nature et écologie des espèces algales en suspension dans le milieu, etc...
<figure><img src="image_66.png" /><figcaption>Figure 46 - Relation M.O.P.-chlorophylle a dans le Rhône et la lône des Chêvres</figcaption></figure>
## II-2-5 L'OXYGENE

Il peut paraître curieux de présenter les résultats relatifs à ce paramètre à la fin de cette étude physico-chimique des eaux fluviales. L'oxygène est en effet le plus fondamental des éléments dissous en raison de sa nécessité pour le métabolisme des organismes aquatiques aérobiques.

Mais, dans les sections lotiques ou hyperlotiques du système fluvial, où les apports atmosphériques sont importants en regard de ceux liés à la photosynthèse, où ces apports sont peu perturbés par les oxydations chimiques ou biotiques, l'oxygénation des eaux varie peu et est toujours proche de la saturation. Ce critère propre aux eaux courantes, peu ou non affectées par des pollutions organiques, n'est donc pas à l'origine de changements primordiaux quant à la composition ionique vue précédemment. Nous verrons qu'il n'en est pas de même dans les milieux annexes, tels que les lônes stagnantes (Morte du Sauget par exemple), dans lesquels l'évolution des teneurs en oxygène prend une toute autre signification, ceci au même titre que dans un lac.

L'expression des résultats en pourcentage de saturation a été choisie préférentiellement à une teneur en mg/l. Elle permet d'éliminer les variations induites par les processus physiques de dissolution des gaz, et d'observer celles entraînées par des facteurs abiotiques (débit par exemple) ou biotiques (photosynthèse et respiration).

Les valeurs enregistrées dans le Rhône et la lône des Chèvres témoignent d'une faible amplitude de variation.

<table><thead><tr><td>Station</td><td>Max.</td><td>Min.</td><td>Moy.</td><td>Écart-type</td></tr></thead><tbody><tr><td>RHONE</td><td>116 %</td><td>77 %</td><td>93 %</td><td>7,6</td></tr><tr><td>LONE</td><td>109 %</td><td>57 %</td><td>90 %</td><td>11,0</td></tr></tbody></table>

L'évolution annuelle (figure 47) est similaire dans les deux stations. La lône, dans laquelle les écoulements sont modifiés par le barrage de l'Isle, présente une accentuation de la chute de la saturation au cours des étiages automnaux. La faiblesse du débit favorise une stagnation des eaux et diminue les possibilités d'échanges air-eau. La chute des feuilles entraîne une augmentation de la matière organique biodégradable, laquelle s'accumule par manque d'un transport actif. De plus, la lône est alimentée par des eaux du sous-écoulement moyennement oxygénées (38 à 63% - Station PU). L'ensemble de ces facteurs contribue ainsi à une baisse sensible de l'oxygénation du milieu.

<figure><img src="image_67.png" /><figcaption>Figure 47 - Evolution du pourcentage de saturation en oxygène des eaux, du Rhône à Chancy-Pougny et à Saint Benoît (RH), de la lône des Chèvres (CH) au cours de l'année 1983.</figcaption></figure>
Ils sont tous dépendants du débit du fleuve, mais plus exactement de la vitesse de renouvellement des eaux dans les milieux prospectés.

L'impact du débit sur la composante oxygène a été particulièrement mis en valeur par la reconstitution des données (figure 13). Les relations qui associent la saturation et le débit (figure 48) sont révélatrices des phénomènes physiques et biologiques décrits pour la lône, existant pareillement sur le fleuve mais à une autre échelle; l'amplitude de variation du débit trouvée sur le fleuve est en effet nettement inférieure à celle de la lône. L'identité des valeurs est observée dans les deux stations lorsque les débits sont élevés (crues).

La relation débit-saturation n'est toutefois pas parfaite (cf. figure 13). La reconstitution totale n'est réelle qu'après intervention du facteur 6 de l'analyse. Cette correction par le facteur 6 n'intervient d'ailleurs qu'en période estivale et automnale, pendant le maximum nivo-glaciaire. L'intervention du système Léman + Arve est de nouveau partiellement responsable de l'évolution de la saturation en oxygène des eaux du Haut-Rhône français.

Cet impact peut être illustré par la représentation du pourcentage de saturation des eaux du Rhône à Chancy-Pougny en fonction de la température de l'eau (figure 49).

La corrélation débit-saturation à Chancy est positive, similaire à celle de l'aval, mais la signification en est plus discutable par le fait que le débit en ce point est principalement lié avec l'évolution saisonnière de la température. Ce dernier paramètre joue un rôle prépondérant dans l'activité biologique du système lémanique et doit être considéré comme responsable des variations observées à Chancy. La température et les implications biologiques qui en découlent relèguent ainsi l'influence du débit au second plan. La variation du pourcentage de saturation observée sur le Rhône genevois est d'abord celle de l'épilimnion lémanique enrichi en oxygène par le biais de la photosynthèse printanière et estivale, puis appauvri par la consommation des ressources lors de la dégradation de la matière vivante (automne-hiver). A cela s'ajoutent les phénomènes de brassages au cours de la circulation des eaux. En second lieu intervient l'Arve dont la bonne oxygénation, en rapport avec son caractère torrentiel, modère la sursaturation des eaux fluviales ou maintient celles-ci proche de la saturation.

<figure><img src="image_68.png" /></figure>

<figure><img src="image_69.png" /><figcaption>Figure 48 - Etude de la relation existante entre le pourcentage de saturation et le débit du fleuve (moyen journalier à Sault-Brénaz).</figcaption></figure>

$O_2\%$ (Rhône) = 56,20 $O^{0,081}$ N = 58 r = 0,49

$O_2\%$ (lône) = 29,35 $O^{0,182}$ N = 59 r = 0,74
<figure><img src="image_70.png" /><figcaption>Figure 49 - Rôle tenu indirectement par la température dans l'évolution saisonnière du pourcentage de saturation des eaux du Rhône à Chancy-Pougny.
Données des laboratoires genevois.</figcaption></figure>
II-2-6 CONCLUSIONS

L'Analyse en Composantes Principales et la reconstitution graphique des données, utilisées dans le cadre de cette caractérisation physico-chimique des eaux fluviales, se sont avérées extrêmement performantes pour l'interprétation de ce type de mesures.

L'origine des variations annuelles des paramètres étudiés a pu être cernée dans sa quasi-intégralité. Les variations sont le fait de facteurs abiotiques tels que la température de l'eau et le débit, et biotiques dont la production primaire lacustre et potamique constitue l'élément majeur. Il est bien entendu que ces facteurs, régis par le cycle saisonnier et les conditions climatiques, agissent souvent de manière synergique. L'analyse mathématique a l'avantage de simplifier grandement l'interprétation du fonctionnement global en privilégiant les éléments responsables du maximum de variabilité.

Le lecteur a pu apprécier le rôle important du débit qui, malgré son absence en tant que variable au sein de l'analyse mathématique, constitue finalement la principale composante génératrice de l'hydrosystème potamique. La complexité du régime du Rhône à Saint Benoît peut être résumée par la figure 50, représentative des trois caractéristiques hydrologiques essentielles du système fluvial.

1) Le Rhône alpestre est le principal affluent du lac Léman; son régime glaciaire, marqué de forts extrêmes, régulier cependant en raison de sa dépendance avec le cycle thermique annuel, est "tempéré" par le volume de la cuvette lacustre. Le Rhône lémanique présente le caractère du précédent avec une atténuation des extrêmes renforcée par l'existence de l'aménagement hydraulique de l'émissaire.

2) Il recoit un gros affluent : l'Arve, dont le régime est de type nivo-glaciaire. L'Arve, malgré l'impact des précipitations, conserve la relative stabilité d'une année à l'autre propre aux régimes glaciaires et nivo-glaciaires.

3) Le régime nivo-pluvial ou pluvio-nival des affluents péri-alpins et jurassiens est caractérisé par l'imprévisibilité des pointes de débit liée aux pluies. On rappelera l'inversion du régime (étiages en saison chaude et hautes eaux en saison froide) en regard des précédents.

La totalité des apports conduit à l'établissement d'un régime mixte "pluvio-nivo-glaciaire". La prédominance du Haut-Rhône genevois (Rhône lémanique + Arve) maintient les hautes eaux estivales et les basses eaux

automnales et hivernales.

Les proportions relatives des trois apports caractéristiques du Haut-Rhône français ont un rôle fondamental sur la géochimie des eaux fluviales et sur l'évolution annuelle observée.

<figure><img src="image_71.png" /><figcaption>Figure 50 - Représentation des débits moyens mensuels pour l'année 1983, du Rhône à Sault-Brénaz, du Rhône lémanique, de l'Arve et des autres affluents du Haut-Rhône français. Le débit des affluents est obtenu par différence $[Q Sault - (Q Léman + Q Arve)]$. Les proportions relatives des apports principaux sont figurées par des trames sous-jacentes.</figcaption></figure>

L'année 1983 a été marquée par de sévères crues printanières sur la totalité du bassin versant. Ces crues individualisent nettement les mesures physico-chimiques printanières (figure 51). L'hiver et l'été ne se distinguent réellement qu'à partir de la température et des impacts physiques et biologiques qui en découlent. L'automne est très hétérogène : la dispersion des points sur la carte factorielle est maximale avec un regroupement selon les ressemblances avec l'une ou l'autre des saisons. Seuls quatre prélèvements (fin octobre-début novembre) apparaissent représentatifs d'une unité particulière totalement opposée à celle du printemps (les extrêmes hydrologiques appartiennent à ces deux saisons).
<figure><img src="image_72.png" /><figcaption>Figure 51 - Carte factorielle F1 x F2 (dates de prélèvements) de l'Analyse en Composantes Principales. La dénomination des facteurs est issue de l'interprétation (F1 : température de l'eau, F2 : débit du fleuve). Les rectangles insèrent les dates appartenant à la même saison. L'hiver regroupe les prélèvements des mois de février 1983, décembre 1983 et janvier 1984, le printemps, ceux de mars, avril et mai 1983, l'été, les mois de juin, juillet et août 1983, l'automne : septembre, octobre et novembre.</figcaption></figure>

La totalité des paramètres physico-chimiques des eaux fluviales est dépendante du débit, de la provenance des eaux, des proportions relatives de chacun des principaux apports hydrologiques. Un apport diffus par les eaux du sous-écoulement fluvial, détecté pendant les étiages mais non quantifiable par rapport aux réseaux superficiels, constitue un élément de plus capable de modifier la résultante, en l'occurrence le Rhône.

La figure 52 reprend l'ensemble des discussions précédentes. Les facteurs de l'analyse ont été remplacés par le terme répondant le mieux aux effets observés. La totalité du système est gérée par le cycle saisonnier (durée du jour) et les conditions climatiques régionales (enseoleillement et précipitations). Ainsi s'établissent le cycle thermique de l'eau responsable de l'évolution du système calco-carbonique selon des processus purement physiques, l'alternance des apports hydriques, minéraux et ioniques du bassin versant et l'activité photosynthétique au sein des milieux aquatiques. Les phénomènes implicitement liés à la production primaire sont percus préférentiellement pendant la prédominance des apports lacustres.

Cette approche de la complexité des interactions entre les différents facteurs abiotiques et biotiques, génératrice de l'évolution des paramètres physico-chimiques, montre à quel point chaque facteur représente à lui seul un domaine d'étude.

Le lecteur n'oubliera pas que la présente étude ne concerne qu'une portion restreinte du fleuve et une année. L'hydrologie et les conditions climatiques de l'année 1983 sont relativement éloignées d'une année type dite de référence.
<figure><img src="image_73.png" /><figcaption>Figure 52 - Principaux facteurs abiotiques et biotiques responsables de l'évolution saisonnière des paramètres physico-chimiques. Cette figure se rapporte aux données enregistrées sur le Rhône à Saint Benoît (Ain) de février 1983 à janvier 1984.</figcaption></figure>
## II-3 CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE D'UN MILIEU STAGNANT : LA MORTE DU SAUGET

Bien qu'intégrée dans l'hydrosystème fluvial, la Morte du Sauget présente peu de similitudes avec le chenal et les lônes vives en l'absence de crues. Depuis son isolement, ce milieu apparaît évoluer indépendamment du fleuve dont l'impact " visible " ne présente plus qu'un caractère épisodique.

Par une hydrologie à caractère exceptionnel, l'année 1983 se présente comme un "artéfact majeur" au sein de l'évolution propre de cet écosystème dont les caractéristiques physico-chimiques sont principalement définies par des processus biologiques.

Les différences essentielles que présente cette lône par rapport au milieu lotique vu précédemment sont les suivantes :

1) La Morte est peu profonde (profondeur maximale - 2,00 m).

2) En l'absence de crues, l'eau est stagnante et son renouvellement s'effectue lentement par le biais du sous-écoulement fluvial et de la nappe phréatique environnante.

3) Le plan d'eau présente une stratification thermique et un déficit en oxygène pendant la majeure partie de l'année.

4) Une épaisse couche de vase organique colmate les fonds et constitue un substrat favorable au développement des macrophytes, responsables de l'atterrissement de l'ancien chenal. La prolifération des plantes immergées (essentiellement de *Ceratophyllum demersum* et de *Nuphar luteum*) est parfois telle qu'il ne subsiste que quelques nappes d'eau libre (d'une dizaine de m² environ). Le développement des végétaux garantit la stabilité de la stratification même en présence de vents forts.

Les données obtenues sur cette lône entre février 1983 et janvier 1984 ont fait l'objet d'un traitement statistique par l'ACP, d'une reconstitution des données et superposition graphique.

Les mesures ayant toujours été réalisées en surface (entre 0 et -20 cm), les résultats de l'ACP ne peuvent refléter l'évolution exacte de toute la masse d'eau par le fait même qu'il s'agit là d'un espace limnique stratifié. L'évolution physico-chimique de la Morte s'effectue selon un processus lent et complexe, soumis d'une part aux conditions abiotiques et biotiques du jour, d'autre part à celles des jours précédents. L'observation effectuée à un instant donné ne présente plus, comme nous l'avons vu pour le Rhône, les caractéristiques "instantanées" du système aquatique, mais le reflet d'un processus évolutif.

Les facteurs responsables des variations physico-chimiques observées peuvent avoir un impact immédiat et momentané (exemple : l'arrivée puis le retrait des eaux du fleuve) ou des actions beaucoup plus lentes et synergiques, d'interprétations plus délicates (battement du niveau piézométrique, apports par le ruissellement, développement des macrophytes ou de périphyton, activité biologique du sédiment, ...).

### II-3-1 IMPACT HYDROLOGIQUE

L'étude précédente a montré le rôle majeur tenu par les crues du fleuve dans les milieux annexes de la vallée fluviale.

Les perturbations sont perçues préférentiellement au cours des submersions, mais la durée de perception du phénomène est très variable en fonction du paramètre étudié. Tous les paramètres sont soumis à cet effet en raison du renouvellement global ou partiel de la masse d'eau. Si le débit et la durée de la crue sont suffisants, les caractéristiques des eaux sont alors celles du fleuve.

**Remarque :** Lors de l'étude d'une relation Variable = f(Q Rhône), la valeur du débit utilisée sera :

1) une moyenne calculée entre deux dates de prélèvement (ou selon un intervalle de 7 jours en l'absence de relevé hebdomadaire) si le débit du fleuve est inférieur à 800 m³/s pendant les 24 heures précédant la mesure;

2) un débit moyen calculé à partir de relevés horaires pendant les 24 heures précédant l'échantillonnage si le débit excède 800 m³/s.

Ce choix a été fait en raison des impacts progressifs entraînés notamment sur le para-écoulement par une modification du débit du fleuve.

Une bonne vision de l'impact hydrologique peut être donnée en représentant le rapport $HCO_3^-$ (SA) / $HCO_3^-$ (RH) en fonction du temps (figure 53). Il est intéressant de signaler que ce rapport est corrélatement négativement avec les précipitations (figure 54). Les précipitations entraînent une dilution des eaux par des apports latéraux d'importance croissante, l'ultime extrémité étant la pénétration du Rhône dans la lône. La dilution conduit alors à une similitude des concentrations Rhône-lône. En l'absence d'apports superficiels, la hauteur d'eau baisse lentement; on peut concevoir une augmentation des teneurs ioniques par concentration, mais les eaux de la Morte sont alors dépendantes d'apports souterrains diffus par le sous-écoulement fluvial (ou la nappe phréatique) (figure 55). Les eaux souterraines, fortement chargées en bicarbonate de calcium (voir Tableau V - station PU), contribuent à rehausser les concentrations en éléments majeurs dès le retrait des eaux fluviales.
<figure><img src="image_74.png" /><figcaption>Figure 53 - Evolution du rapport HCO₃⁻ (SA) / HCO₃⁻ (RH) au cours de l'année 1983. Celui-ci tend vers l'unité lorsque l'impact hydrologique (crue) est suffisant. Il peut être légèrement inférieur à 1 lorsque la mesure s'effectue après la phase de submersion, alors que s'amorce le retrait des eaux.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_75.png" /><figcaption>Figure 54 - Représentation du rapport HCO₃⁻ (SA) / HCO₃⁻ (RH) en fonction des précipitations. Les précipitations correspondent à une valeur moyenne calculée entre deux dates de prélèvements (ou, en l'absence d'échantillonnage, sur une durée de 7 jours).
[HCO₃⁻ (SA) / HCO₃⁻ (RH)] = 2,21 e⁻⁰,⁰⁶¹ (Pluviométrie)
N = 38 r = -0,73
Données de la Météorologie Nationale, station d'Ambérieu en Bugey, département de l'Ain.</figcaption></figure>

Le Rhône intervient finalement selon deux voies distinctes à effets opposés :

- par le biais de son sous-écoulement en l'absence de crues, ces apports diffus sont difficilement discernables en raison du colmatage des sédiments et de l'activité biologique du milieu;

- par le biais du déversement qui entraîne une hausse ou une baisse des concentrations ioniques, à caractère "instantané", jusqu'à des valeurs seuils correspondant aux caractéristiques des eaux du chenal.

L'interaction des deux sources de renouvellement de la masse aquatique, rapides (crues) ou progressives (écoulement souterrain diffus), conduit à l'observation de deux types de courbes, à grandes amplitudes de variation. Elles sont caractérisées par un retour à l'état initial plus ou moins
<figure><img src="image_76.png" /><figcaption>Figure 55 - Evolution saisonnière du niveau piézométrique (P65), mise en parallèle avec les précipitations locales et le débit du fleuve, représentation de la corrélation H cm = f (Q) et situation du piézomètre. La courbe H cm = f (temps) est extraite du dossier d'étude d'impact "Plaine de Brangues, Le Bouchage, Les Avenières, Saint Benoît - 7" réalisé à la demande du Syndicat Intercommunal de Défense contre les eaux du Haut-Rhône (1985).</figcaption></figure>

rapide car la rapidité de disparition de la perturbation dépend aussi de l'intérêt de l'ion considéré (sulfates, nitrates, par exemple) pour les organismes.

<figure><img src="image_77.png" /><figcaption>Figure 56 - Relation entre la teneur en ion Mg⁺⁺ des eaux de la Morte du Sauget et le débit du fleuve. Les teneurs en magnésium sont données en mg/l. Le débit Q correspond au débit moyen du Rhône calculé selon les indications du § II-3-1.</figcaption></figure>

$$[\text{Mg}^{++}] = - 4,4 \cdot 10^{-3} \text{ Q} + 10,60$$

$$N = 39 \quad r = -0,63$$

La teneur anormalement élevée du 2 février 1983 a été exclue du calcul.

En conséquence, la visualisation de l'impact hydrologique ne peut être faite qu'à l'aide d'un paramètre biologiquement peu sensible et il semblerait que l'ion Mg⁺⁺ réponde relativement bien à cette description. Le tracé Mg⁺⁺ = f(Débit du Rhône) (figure 56) montre (indépendamment d'une valeur anormalement élevée) l'enrichissement des eaux du plan d'eau en ions Mg⁺⁺ lorsque le débit du fleuve baisse et vice versa. Le magnésium a été utilisé par WETZEL et OTZUKI (1974) pour déterminer les flux souterrains dans un lac.

La figure 57 met l'accent sur l'impact hydrologique. Le rôle de l'activité biologique sera discuté ci-après.
<figure><img src="image_78.png" /></figure>

Figure 57 - Impact hydrologique du Rhône sur les caractéristiques physico-chimiques de la Morte du Sauget. L'atténuation de la perturbation s'effectue différemment selon les paramètres. Le temps de retour à l'état initial peut être long comme pour les ions de l'équilibre calco-carbonique et les paramètres associés, ou alors très court comme pour les M.E.S. (processus physiques de sédimentation), les ions sulfates et nitrates (processus bioréducteurs). Les variables sont centrées normées ($\overline{x}_i - \bar{\mu}/\sigma$).

## II-3-2 L'ACTIVITE BIOLOGIQUE

### II-3-2-1 ETUDE DE LA STRATIFICATION

Parmi la totalité des paramètres mesurés, trois ont été suivis chaque quinzaine selon un profil vertical : la température, l'oxygénation et la conductivité. Les mesures ont été effectuées de la surface vers le fond tous les 20 cm, ceci en vue de cerner l'établissement de la stratification thermique et chimique dans ce type de milieu ainsi que les perturbations engendrées par le fleuve au cours des crues. Le brassage est plus ou moins rapide, fonction de la vitesse de montée des eaux. Le renouvellement de la masse d'eau dépend également du niveau atteint par la crue et de sa durée.

Entre le 22 février 1983 et le 31 janvier 1984, 23 profils verticaux ont été réalisés au point SA correspondant au maximum de profondeur de la Morte du Sauget.

### II-3-2-1-1 Résultats et interprétation

En raison de l'impact hydrologique, la hauteur d'eau est très variable. Au cours des 23 dates d'échantillonnages, celle-ci a oscillé entre 1,60 et 3,20 m (figure 58), ce qui entraîne l'obtention de 8 à 16 relevés pour chaque paramètre.

<figure><img src="image_79.png" /></figure>

Figure 58 - Variation de la hauteur d'eau (H en cm) au point SA au cours de l'année 1983.
<figure><img src="image_80.png" /><figcaption>Figure 59 - Evolution saisonnière de la température de l'eau (en °C), de l'oxygénation (en %) et de la conductivité (en µS) en fonction de la profondeur dans la Morte du Sauget. Mise en parallèle avec les principaux paramètres météorologiques.</figcaption></figure>

La température de l'air est une valeur instantanée mesurée le jour du prélèvement. L'ensoleillement et la pluviométrie sont des valeurs moyennes obtenues à partir des relevés météorologiques d'Ambérieu-en-Bugey (Département de l'Ain) (Météorologie Nationale).
Cet aspect a conduit à considérer la profondeur non plus en valeur absolue mais en valeur relative. Elle a été subdivisée en huit strates numérotées de 1 à 8 correspondant respectivement à la surface de l'eau, puis à 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 5/8, 3/4 et 7/8 de la profondeur.

Cette conception de l'espace peut apparaître génante. Toutefois, la grande homogénéité au sein de la masse d'eau pendant les périodes de hautes eaux (profondeurs maximales) autorise cette simplification propice à une comparaison graphique des données, sans entraîner d'inconvénients majeurs.

On obtient ainsi 3 tableaux (23 dates x 8 strates) pour chaque paramètre; les dates sont exprimées en jours comptés à partir du 1er janvier 1983, noté 1 (Tableaux IX, X et XI).

Une représentation synthétique des données a été réalisée en plaçant à chaque intersection date-profondeur la valeur exacte sous la forme d'un espace physique carré dont le côté est proportionnel à la mesure (figure 59).

Les 3 paramètres reflètent les tendances générales de l'évolution physico-chimique des eaux au sein du milieu. La température, révèlatrice du facteur saisonnier, intervient d'une part sur les caractéristiques ioniques par le biais des lois physiques discutées précédemment, d'autre part sur l'activité métabolique du sédiment, des organismes végétaux et animaux occupant le milieu. Le meilleur reflet de cette activité métabolique (respiratoire ou photosynthétique) est donné par les variations de l'oxygénation des eaux. La résultante des processus physiques et biologiques s'inscrit au niveau de la composition ionique; la conductivité est alors l'image idéale de cette évolution.

Ces trois paramètres sont perturbés par les crues du Rhône. Toutefois, la conductivité apparaît comme l'élément le plus démonstratif du renouvellement de la masse d'eau. L'arrivée massive d'eau d'origine fluviale entraîne une baisse importante de la charge ionique et par là-même de la conductivité.

### II-3-2-1-1-1 Évolution de la température

Les profils de température sont relativement homogènes. La profondeur est insuffisante pour entraîner l'établissement d'une stratification thermique accentuée et stable. Quelques différences entre la surface et le fond existent cependant lorsque la température est très élevée (période estivale). L'écart maximal observé est de 8,4 °C. Un profil inversé est enregistré en hiver par des températures de l'air inférieures à 0 °C. La

température de l'eau s'établit alors de 0 °C sous la glace à +4 °C au fond. Il est intéressant de noter que la température de fond peut alors s'élever au dessus de +4 °C; une température de +4,4 °C a été mesurée à cette occasion. Ce phénomène est expliqué par WETZEL (1983, p.79) à partir de courants de densité d'origine thermique créés par un réchauffement des eaux situées sous la glace dans les zones littorales peu profondes et qui glissent dans la partie centrale le long des sédiments. L'instabilité de ce gradient de densité thermique est compensée par la diffusion ionique depuis le sédiment, laquelle augmente suffisamment la densité de cette couche "chaude" pour justifier son maintien à proximité du fond.

Dans son ensemble, l'évolution générale de la température est peu perturbée. Seules les crues du printemps ont entraîné, en raison d'apports fluviaux plus froids, un abaissement général de la température des eaux de la lône, non observé en 1982.

### Écarts de température enregistrés entre le Rhône et la lône (t°SA - t°RH)

<table><tr><td>20 avril 1982</td><td>7,6 °C</td><td>19 avril 1983</td><td>0,7 °C</td></tr><tr><td>18 mai 1982</td><td>9,2 °C</td><td>18 mai 1983</td><td>2,8 °C</td></tr></table>

Une autre perturbation apparaît pendant les crues de saison froide. Elles entraînent cette fois un réchauffement des eaux (eaux du fleuve plus chaudes).

**Remarque** : Les variations thermiques engendrées par la montée des eaux fluviales, mesurées par un thermomètre enregistreur, ont permis d'estimer le débit minimum susceptible de modifier de façon sensible les caractéristiques physico-chimiques de la lône. Celui-ci a été estimé à 800 m³/s

### II-3-2-1-1-2 L'oxygène

La répartition de l'oxygène est nettement clinograde en toute saison. L'accentuation de ce profil est fortement marquée pendant la saison chaude. La disparition quasi-totale d'oxygène se retrouve aussi en saison froide, en période de stabilité hydraulique et de précipitations. La répartition de l'oxygène est le reflet de la consommation biologique par la masse organique sédimentaire, de la production photosynthétique des macrophytes et des algues. L'oxygénation peut atteindre les deux extrêmes pour une faible variation de profondeur (de 0% à -1m à 153% à -20 cm le 26 juillet 1983).
L'homogénéité au sein du profil vertical ne s'observe qu'au cours des crues ou lorsque la température est proche de 4°C. Si le brassage s'effectue par les apports fluviaux, l'oxygénation s'apparente progressivement à celle de la masse d'eau pénètrant dans le milieu; elle dépend alors du niveau de la crue et de sa durée. Elle a été de 90% environ le 18.05.83 (Q = 1419 m³/s) et seulement de 60% le 28.11.83 (Q = 1169 m³/s). L'homogénéité obtenue à partir des phénomènes d'overturn s'observe aux intersaisons et conduit à une saturation moyenne des eaux.

Le rôle tenu par l'oxygène est fondamental dans l'évolution physico-chimique générale du plan d'eau. Cet aspect sera discuté de nouveau au cours de l'interprétation des résultats obtenus pour les sulfates.

### II-3-2-1-1-3 La conductivité

La conductivité intègre la minéralisation de l'eau. Fortement corrélée à la charge calco-carbonique des eaux, elle constitue le révélateur préférentiel de l'interpénétration des différentes masses d'eau au cours du cycle annuel. Il est ainsi facile de visualiser l'impact des crues du Rhône sur la minéralisation de la lône (avril, mai et fin novembre). On remarquera une baisse sensible de la conductivité au cours de l'été, liée d'une part aux processus physiques discutés précédemment (cf. station RH), d'autre part à la précipitation biogénique du CaCO₃ induite par l'importante production primaire observée dans la Morte. La conductivité remonte rapidement vers la mi-septembre à la faveur des précipitations qui rehaussent le niveau du fleuve et de la nappe parafluviale, ainsi que celui de la nappe phréatique environnante. Toutefois, la hausse brutale de la conductivité résulte principalement d'un apport considérable de sulfates, à une concentration nettement supérieure à celle relevée dans le Rhône à cette date, dont la provenance n'est pas élucidée.

### II-3-2-1-2 Conclusions

Cette présentation succincte de trois paramètres physico-chimiques enregistrés selon des profils verticaux au cours d'un cycle annuel, est démonstrative des nombreuses difficultés posées par ce milieu dont l'évolution est à la fois fixée :

1) par l'hydrologie superficielle (crues du Rhône, apports des ruisselets drainant la forêt d'Evieu et les terrains environnants),

2) par l'hydrologie souterraine (nappe phréatique alimentée par le système karstique à l'Est, nappe parafluviale soumise aux fluctuations de niveau du fleuve),

3) par l'activité biologique du sédiment fortement enrichi par des apports massifs de matière organique,

4) par l'activité photosynthétique des macrophytes et des algues,

5) par des activités humaines dont l'impact réel n'a pas été défini.

### II-3-2-2 INTERVENTION DES PROCESSUS BIOLOGIQUES

Un aperçu succinct de cette activité a été donné lors de la présentation de la stratification de l'oxygène.

Elle est représentée selon deux modalités contradictoires, fortement exprimées par la répartition "clinograde" de l'oxygène :

- l'activité photosynthétique des macrophytes et des algues est responsable des sursaturations de la couche superficielle et des précipitations biogéniques du carbonate de calcium,

- l'activité métabolique respiratoire des organismes vivants, et plus particulièrement celle des micro-organismes du sédiment, à l'origine des conditions anoxiques.

### II-3-2-2-1 Distribution des ions majeurs

#### II-3-2-2-1-1 Le système calco-carbonique (figure 60)

La quasi-totalité de la salinité des eaux de la Morte du Sauget est le fait du bicarbonate de calcium dont les fluctuations sont liées, en sus des crues fluviales, à l'activité biotique. Les ions Ca⁺⁺ et HCO₃⁻ sont influencés :

- par le métabolisme bactérien qui libère du CO₂ favorisant la redissolution du CaCO₃ précipité et contribue ainsi au maintien des teneurs en bicarbonates,

- par la décalcification des eaux de surface et la complexation Calcium-matière organique qui conduit progressivement à un appauvrissement du milieu.

La prépondérance du système d'équilibre CO₂ - HCO₃⁻ - CO₃²⁻ garantit l'existence d'un fort pouvoir tampon. Le métabolisme bactérien du sédiment dont la teneur en matières organiques est très élevée, entraîne une baisse sensible du pH (moyenne annuelle : 7,5) au niveau de la couche superficielle. Des pH nettement alcalins induits par la production primaire n'ont jamais été mesurés malgré l'énorme biomasse végétale vivante, montrant à quel point la production de CO₂ est intense. L'évolution générale est naturellement liée à celle des ions HCO₃⁻ et Ca⁺⁺; de plus une corrélation négative très nette existe avec l'oxygénation. Cette dernière est indirectement le meilleur révélateur (parmi les paramètres mesurés) de l'activité métabolique du sédiment à l'origine de l'abaissement du pH.
<figure><img src="image_81.png" /></figure>

<figure><img src="image_82.png" /></figure>

<figure><img src="image_83.png" /></figure>

<figure><img src="image_84.png" /></figure>

<figure><img src="image_85.png" /></figure>

<figure><img src="image_86.png" /></figure>

$$pH = 5.6 \cdot 10^{-3} O_2\% + 7.04$$

$$N = 27$$

$$r = 0.67$$

<figure><img src="image_87.png" /><figcaption>Figure 60 - Evolution annuelle du pH et des ions participant à l'équilibre calco-carbonique. Les teneurs des ions sont indiquées en mg/l.</figcaption></figure>

Alors que le Rhône présente une alternance saisonnière de la conductivité, des duretés totale et calcique, et des bicarbonates, liée principalement aux lois physiques de la solubilité, cet aspect est totalement masqué dans la Morte du Sauget, par le pompage biologique du CO₂ de la zone trophogène et la précipitation du CaCO₃ qui en résulte. A la fin de l'été, les teneurs en bicarbonates sont particulièrement basses en regard des valeurs initiales et ce, malgré la "régénération tropholytique" du métabolisme microbien anaérobie. Le tableau ci-dessous donne un aperçu du rôle joué par la végétation dans le système aquatique.

<table><thead><tr><th>Date</th><th>µS à 20°C</th><th>HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> mg/l</th><th>Ca<sup>++</sup> mg/l</th></tr></thead><tbody><tr><td>du 18.05.1982</td><td>524,0</td><td>345,3</td><td>101,0</td></tr><tr><td>au 08.09.1982</td><td>283,0</td><td>163,5</td><td>40,1</td></tr><tr><td>du 22.06.1983</td><td>424,0</td><td>320,9</td><td>91,8</td></tr><tr><td>au 06.09.1983</td><td>294,0</td><td>206,2</td><td>54,5</td></tr><tr><td>Baisse en 1982</td><td>241,0</td><td>181,8</td><td>60,9</td></tr><tr><td>Baisse en 1983</td><td>130,0</td><td>114,7</td><td>37,3</td></tr><tr><td>Pourcentages</td><td>46,0%</td><td>52,6%</td><td>60,3%</td></tr><tr><td></td><td>30,7%</td><td>35,7%</td><td>40,6%</td></tr></tbody></table>

La très nette différence entre les années 1982 et 1983 est en rapport avec la biomasse végétale. En 1982, le développement des macrophytes a été tel qu'il ne persistait pratiquement plus de zones d'eau libre. Cette prolifération, et les conditions physico-chimiques de l'eau qui en ont résulté (forte teneur en ammoniac), ont entraîné une importante mortalité piscicole au cours de l'été 1982. Ces phénomènes ne se sont pas reproduits en 1983 car la densité végétale, sérieusement affectée par les conditions thermiques et hydrologiques des mois d'avril et de mai, a été moindre.

### II-3-2-2-1-2 Les sulfates

Les sulfates ont, au même titre que les autres ions, trois provenances :

1) le cours superficiel du fleuve,

2) son para-écoulement,

3) la nappe phréatique environnante.

Une origine supplémentaire, mal définie, a été perçue au cours de
l'année 1983, liée soit à une pollution des eaux, soit à des phénomènes biologiques d'oxydation.

Les apports de surface pendant les crues fluviales (Q>800 m³/s) apparaissent nettement (figure 61) par rapport à ceux opérés par le biais des eaux souterraines.

<figure><img src="image_88.png" /><figcaption>Figure 61 - Evolution des teneurs en sulfates dans la Morte du Sauget au cours de l'année 1983. Les teneurs sont exprimées en mg/l.</figcaption></figure>

Dans le secteur d'étude, la vitesse d'écoulement des eaux souterraines étant nettement inférieure à celle connue en amont immédiat de l'agglomération lyonnaise, le renouvellement et les transformations physico-chimiques des eaux superficielles sont peu discernables au niveau des ions nutritifs. Les écoulements distincts provenant du para-écoulement du fleuve, des eaux infiltrées dans la terrasse alluviale perchée de la forêt d'Évieu (PELLETIER, 1982) et dans le karst du Bugey méridional constituent une circulation confuse, dépendante des précipitations et du débit du Rhône, qui conduit, en l'absence de pollution et d'activité métabolique intense, à l'obtention d'une valeur moyenne de 8 mg/l. Cette teneur augmente au cours des crues, s'effondre rapidement dès l'élévation de la température par suite de l'anaérobiose du milieu.

<figure><img src="image_89.png" /><figcaption>Figure 62 - Emplacements des différents points de mesure lors de la montée des eaux du 28 novembre 1983.</figcaption></figure>

A la fin de l'été 1983, des valeurs anormalement élevées ont succédé aux crues automnales. En toute rigueur, la concentration des sulfates dans la lône ne devrait pas excéder celle du Rhône pendant une submersion (cas des crues de mai). Le 19 septembre 1983, alors que le méandre se vide après la crue des 16,17 et 18 septembre, la concentration des sulfates est de 49,5 mg/l, soit 28,2 mg/l de plus que dans le Rhône. Après une semaine, elle est encore de 48,6 mg/l; la teneur à l'exutoire du plan d'eau est de 109,7 mg/l. Une situation analogue se reproduit au cours de la crue du 28 novembre 1983. Trois prélèvements effectués pendant la phase de remplissage du méandre (figure 62) donnent respectivement d'amont en aval : 39,6 mg/l, 31,7 mg/l et 37,7 mg/l; la concentration dans le Rhône est de 26,6 mg/l.

La totalité de ces résultats laisse entrevoir l'existence d'apports dans les parties aval et amont du méandre.

Plusieurs hypothèses explicatives peuvent être avancées :

1) une contamination par les eaux du ruisseau de Saint Benoît qui conflue après l'exutoire du plan d'eau et dont on connaît la pollution par des effluents de laiterie,

2) un apport par un remblai de déchets de plâtre et de ciment
constitué au cours de l'été par les riverains,

3) une activité biologique d'oxydation des sulfures.

Le métabolisme anaérobie du sédiment est propice à une rapide réduction des sulfates provenant du fleuve et des eaux souterraines par les bactéries sulfato-réductrices strictement anaérobies. Le sulfure d'hydrogène et les sulfures produits par cette bioréduction sont facilement oxydés en milieu aérobie. On peut concevoir que ces formes réduites ont été dispersées dans les marais peu profonds qui occupent le méandre à la faveur des violentes crues du mois de mai, puis réoxydées pendant la période estivale. La remontée du plan d'eau dès les crues automnales aurait alors remis en circulation une importante quantité de sulfates d'origine biologique, entraînant ainsi une hausse anormale des teneurs.

## II-3-2-2-1-3 L'azote nitrique

La teneur en azote nitrique des eaux de la Morte est faible, voire nulle. L'influence majeure reste celle des crues qui apportent un surplus momentané d'azote nitrique. Ce type d'apport est le plus perceptible et disparait rapidement. L'impact des eaux souterraines est quasiment impossible à détecter, hormis peut-être en saison froide (figure 63). Mais les valeurs plus élevées de la fin du cycle d'observation apparaissent être le fait d'un enrichissement par les eaux fluviales, la disparition lente de l'azote nitrique est liée à une activité biologique réduite. Le colmatage considérable des sédiments dans le secteur d'étude atténue l'enrichissement en azote nitrique du plan d'eau. D'autre part, la masse organique et les conditions anoxiques du milieu favorisent la dénitrification. Il y a là une différence fondamentale avec les lônes du secteur de Jons (amont immédiat de Lyon) où la perméabilité du substrat est telle que les eaux superficielles sont renouvellées en permanence par les flux souterrains. Dans une étude du fonctionnement de la lône des Pécheurs (secteur de Jons), Juget et coll. (1979) ont relevé une teneur de 4,1 mg/l de N-NO₃⁻ dans la partie amont de cet ancien méandre soit environ 50 fois plus que dans la Morte du Sauget.

Dans le secteur de Saint Benoît, la teneur moyenne des eaux souterraines provenant du sous-écoulement du Rhône (station PU) est de 5,3 mg/l (S=1,2), donc suffisamment élevée pour fournir une importante quantité d'azote minéral au milieu prospecté. Ce flux d'azote nitrique n'est nullement appréhendé dans les eaux superficielles; il se traduit par contre par un enrichissement en azote ammoniacal des eaux proches du sédiment, et les teneurs peuvent alors être suffisantes, malgré la consommation par les végétaux, pour entraîner une mortalité des espèces piscicoles occupant la lône.

<figure><img src="image_90.png" /><figcaption>Figure 63 - Evolution des teneurs en azote nitrique dans la Morte du Sauget au cours de l'année 1983. Les teneurs sont exprimées en mg/l.</figcaption></figure>

## II-3-2-2-2 L'activité phytoplanctonique

La biomasse algale "pélagique" a été indirectement quantifiée par la mesure de la chlorophylle a. Cette biomasse ne représente d'ailleurs qu'une très faible proportion de celle produite dans la lône.

La teneur moyenne en chlorophylle a est 10 fois plus élevée que celle du Rhône.

L'oscillation des concentrations n'a aucun rapport avec les variations du régime hydrologique, hormis en cas de balayage par le fleuve (ex : crue maximale du mois de mai). Elles suivent le rythme observé classiquement dans les eaux stagnantes.

On trouve successivement un maximum printanier, une diminution sensible en été, puis un maximum d'automne. Les valeurs maximales ont été enregistrées au mois d'octobre : 115,6 mg/l le 18, 111,9 mg/l le 24 et 388,2 mg/l le 31 octobre. Les mauvaises conditions climatiques et hydrologiques des mois d'avril et mai ont probablement entraîné une atténuation du développement phytoplanctonique et une dispersion des algues génératrices du bloom printanier.
<figure><img src="image_91.png" /><figcaption>Figure 64 - Evolution de la chlorophylle a, des matières organiques particulières, des matières en suspension et de la transparence dans la Morte du Sauget. Les figures latérales donnent une représentation de la relation associant deux paramètres (variables centrées normées) ainsi que la valeur du coefficient de corrélation linéaire correspondant.</figcaption></figure>

Bien que la mesure de chlorophylle a soit effectuée dans une zone d'eau libre, les macrophytes aquatiques, qui occupent la majeure partie de la lône et représentent une énorme biomasse végétale, constituent un facteur limitant pour le développement phytoplanctonique. Bien que le rôle exact tenu par les macrophytes (WETZEL, 1983, p.553) dans l'inhibition du phytoplancton ne soit pas clairement défini, il est malgré tout possible de penser que l'ombrage et la consommation de nutrients résultant de cette production végétale altère sensiblement le développement algal. La sénescence et la mort de ces macrophytes entraînent une redistribution massive des nutrients inorganiques, cet aspect peut constituer une explication partielle des fortes teneurs en chlorophylle a observées en octobre.

La productivité phytoplanctonique est responsable de l'accroissement des teneurs en matières organiques particulières. En l'absence de crues, la plus grande partie des matières en suspension est avant tout organique. En effet, les matières minérales proviennent principalement du fleuve pendant les crues, des eaux de pluie qui lessivent les terrains avoisinants et convergent vers la lône par les fossés de drainage. Ces apports ont un caractère épisodique; c'est pourquoi, contrairement à ce qui a été vu dans le fleuve, la chlorophylle a, les matières en suspension, les matières organiques et la transparence sont étroitement liées (figure 64).

### II-3-3 CONCLUSIONS

La Morte du Sauget constitue une entité au sein de la vallée fluviale et ce, malgré les incursions épisodiques du fleuve et son peu d'indépendance hydrologique.

L'année 1983 a été marquée par des crues printanières à caractère exceptionnel (période de retour : 3,8 ans). Celles-ci ont perturbé le fonctionnement "normal" de la lône. Les crues sont à l'origine du maximum de variabilité observé en 1983 pour la totalité des paramètres, hormis la chlorophylle a. En l'absence de submersions, le niveau est fonction de l'écoulement souterrain, fortement dépendant du niveau fluvial. Les caractéristiques géochimiques de l'eau seront également dépendantes de cet écoulement.

L'hydrologie perd beaucoup de son influence lors de l'accélération des processus métaboliques du sediment et de la végétation. Répondant à l'élévation de température, ils deviennent en fait les éléments déterminants des caractéristiques physico-chimiques de l'eau. Mais leurs impacts réels n'ont été perçus qu'à partir du mois de juin, postérieurement aux
<figure><img src="image_92.png" /><figcaption>Figure 65 - Représentation schématique des principaux facteurs abiotiques et biotiques responsables des modifications physico-chimiques majeures observées dans la Morte du Sauget au cours de l'année 1983.</figcaption></figure>
inondations du mois de mai.

L'élévation de la température de l'air entraîne une stratification thermique puis chimique du milieu par le biais de l'activité biologique. Cette dernière génère une anoxie des couches profondes, la formation de dioxyde de carbone susceptible de remettre en solution le carbonate de calcium d'origine biogénique et favorise l'édifice bactérien strictement anaérobie responsable de la réduction des produits soufrés et azotés.

La figure 65 constitue un essai de regroupement des différentes influences et de leurs effets sur la physico-chimie des eaux.

Le nombre des paramètres étudiés dans cette station est relativement restreint en regard de la complexité des phénomènes entrevus. Ce travail reflète plus particulièrement l'impact des crues fluviales dans l'ancien chenal au détriment de l'activité métabolique des organismes vivants dont le rôle fondamental dans ce type de milieu est à étudier.

## II-4 COMPARAISONS DES DIFFERENTS MILIEUX AQUATIQUES DE LA PLAINE ALLUVIALE.

Cette étude regroupe globalement une investigation portant sur 6 milieux aquatiques différents compris entre les ponts d'Evieu (amont) et de Groslée (aval). Ces milieux sont dépendants d'un seul hydrosystème: celui du Rhône, et ce, même si les annexes de la vallée fluviale ont des apports hydrologiques distincts du cours principal, à savoir le chenal.

Nous rappelerons succinctement les stations étudiées entre novembre 1980 et novembre 1984.

1) la station RH située sur le chenal, en zone hyperlotique, au niveau du hameau de l'Isle (Commune de Saint-Benoît - Ain),

2) la station CH située sur le premier tronçon de la lône des Grands Brotteaux (lône des Chèvres), les deux stations 3 et 4 placées sur les secteurs II et III de la lône des Grands Brotteaux (cf. figure 12),

4) les stations 5 et 6 correspondant aux cours inférieurs de l'Huert et de la Save, les deux affluents majeurs de ce secteur,

5) la station SA située au point médian de la Morte du Sauget, ancien méandre recoupé au XVIIème siècle,

6) la station PU, l'un des puits du hameau de la Sauge placé à proximité du méandre du Sauget.

Seules les stations RH, CH et SA ont véritablement fait l'objet d'une étude suivie entre le 2 février 1983 et le 30 janvier 1984.

### II-4-1 EVOLUTION COMPAREE DES PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES DANS LES TROIS PRINCIPALES STATIONS.

Une comparaison de l'évolution temporelle des variables physico-chimiques dans les trois stations RH, CH et SA est réalisée à partir d'une représentation graphique des données centrées et normées (x - x̄ / σ) du tableau général des données (tableau XIII). Ce tableau regroupe 39 relevés x 15 paramètres x 3 stations.

Toutes les courbes sont rassemblées sur la figure 66.

Les stations du lit mineur (RH et CH) s'opposent totalement à celle du lit majeur (SA). Un seul paramètre évolue parallèlement dans les trois stations : la température de l'eau, mais les minimums et les maximums sont amplifiés dans la Morte du Sauget, milieu stagnant et peu profond, où l'absence d'un renouvellement actif des eaux favorise les extrêmes. L'inertie thermique caractéristique des grandes masses d'eau n'existe pas dans cette lône.
<figure><img src="image_93.png" /><figcaption>Figure 66 - Evolution comparative des différents paramètres physico-chimiques mesurés au cours de l'année 1983 dans le Rhône (RH), la lône des Chêvres (CH) et la Morte du Sauget (SA). Les variables représentées sont centrées normées $(x - \bar{x})/\sigma$ et proviennent du tableau XIII.</figcaption></figure>
Les ions majeurs de l'équilibre calco-carbonique et la conductivité suivent un tracé saisonnier inverse du précédent. Cette "saisonnalité" est parfaitement inversée par rapport à la température de l'eau dans le lit mineur, et apparemment sans aucune relation avec la température de l'eau dans la Morte du Sauget. La notion de saison a une autre signification dans cette lône, la baisse observée est en premier lieu dépendante de l'activité photosynthétique des macrophytes. L'impact biologique est nettement supérieur à celui des processus physiques.

La teneur en Magnésium varie fortement dans la Morte du Sauget. On remarquera que les concentrations s'élèvent au cours de l'été et que toute augmentation importante du débit du Rhône entraîne immédiatement une diminution des teneurs. Cependant la valeur la plus basse enregistrée coincide exactement avec le bloom phytoplanctonique de l'automne. La demande biochimique a été suffisamment importante pour provoquer un effondrement de la charge magnésienne. La hausse estivale peut être mise en relation avec un abaissement du niveau sous l'effet de l'évapo-transpiration avec concentration de la solution. Les composés magnésiens sont en effet beaucoup plus solubles que leurs homologues calciques, et l'utilisation biologique de l'ion Mg⁺⁺ est minime en regard des teneurs existantes.

Le pH des eaux est plus élevé et plus stable en milieu lotique qu'en eaux stagnantes. Dans les trois stations prospectées, la tendance générale est une augmentation estivale du pH sous l'effet des activités biologiques. Dans le Rhône, cette hausse modérée est liée aux apports lémaniques prédominants, à l'activité phytoplanctonique des eaux du fleuve renforcée par l'existence des nombreuses retenues. La diminution du pH observée dans les différentes stations est le fait d'une augmentation des apports souterrains, ou pour le Rhône d'un changement des apports hydrologiques superficiels. Les élevations subites du pH dans la Morte du Sauget sont le fait des crues du Rhône avant d'être celles engendrées par la photosynthèse.

Les matières minérales en suspension, dont les teneurs sont fortement corrélées avec le débit dans le lit mineur, sont quasiment inexistantes dans la Morte du Sauget. Dans cette dernière, la charge en suspension est avant tout organique, représentée notamment par des organismes phytoplanctoniques. La chlorophylle a donne l'expression indirecte de cette biomasse.

Les sulfates constituent un descripteur de l'hydrologie fluviale ainsi qu'un révélateur des incursions du fleuve dans le méandre du Sauget. L'activité métabolique entraîne une rapide disparition de la charge

excédentaire. Les nitrates peuvent aussi être considérés comme révélateurs des arrivées d'eaux superficielles mais la "rémanence" de l'ion est trop brève pour qu'un relevé hebdomadaire puisse enregistrer l'effet "Rhône".

L'activité métabolique est le principal facteur modifiant le pourcentage de saturation en oxygène des eaux. Alors qu'il est peu fluctuant dans le Rhône et la lône des Chèvres, il varie dans des proportions considérables dans les eaux de surface de la Morte du Sauget. Les maximums ne dépendent plus d'échanges air-eau favorisés par le brassage, mais de la photosynthèse; quant aux minimums, ils sont induits par l'activité respiratoire de la biocénose et plus particulièrement du sédiment.

Cette étude montre que la capacité de renouvellement en eau d'un hydrosystème, ainsi que la rapidité des échanges, conditionnent singulièrement son évolution physico-chimique. L'impact du débit, très exprimé au niveau du Rhône et de la lône des Chèvres, s'estompe en milieu lénitique ou stagnant au profit d'un facteur sous-jacent : le système biologique. L'évolution générale des caractéristiques d'une eau (indépendamment de la nature géochimique du bassin versant) est réglée par les possibilités d'échanges hydrologiques existant entre les différents compartiments de la vallée fluviale.

## II-4-2 DIFFERENCES ESSENTIELLES AU SEIN DE LA VALLEE FLUVIALE.

S'il n'existe pas de différences quant à la nature des ions majeurs dosés dans les 6 milieux présentés précédemment, leurs concentrations respectives, par contre, oscillent à des niveaux extrêmement différents. Le tableau ci-dessous indique les valeurs moyennes des principaux paramètres.

<table><thead><tr><th></th><th>µS</th><th>Ca</th><th>Mg</th><th>HCO<sub>3</sub></th><th>SO<sub>4</sub></th><th>N.NO<sub>3</sub></th><th>pH</th></tr></thead><tbody><tr><td>Rhône (RH)</td><td>286,0</td><td>54,3</td><td>6,3</td><td>144,7</td><td>35,3</td><td>0,54</td><td>8,0</td></tr><tr><td>Chèvres (CH)</td><td>296,0</td><td>56,5</td><td>6,8</td><td>152,1</td><td>35,3</td><td>0,52</td><td>7,9</td></tr><tr><td>Sauget (SA)</td><td>381,0</td><td>78,2</td><td>8,7</td><td>254,2</td><td>14,2</td><td>0,07</td><td>7,5</td></tr><tr><td>Huert (5)</td><td>515,0</td><td>108,3</td><td>11,2</td><td>337,0</td><td>17,9</td><td>1,15</td><td>7,7</td></tr><tr><td>Save (6)</td><td>503,0</td><td>110,4</td><td>8,8</td><td>329,0</td><td>11,1</td><td>1,92</td><td>7,7</td></tr><tr><td>Puits (PU)</td><td>523,0</td><td>96,1</td><td>13,7</td><td>310,3</td><td>23,5</td><td>5,30</td><td>7,6</td></tr></tbody></table>

La cartographie des valeurs moyennes par carrés (figure 67) permet de visualiser les principales différences existant entre ces milieux aquatiques. Il est ainsi possible de reconnaître :
<figure><img src="image_94.png" /><figcaption>Figure 67 - Représentation des valeurs moyennes des principaux paramètres physico-chimiques, enregistrés dans six stations distinctes. Le côté des carrés est proportionnel à la valeur du paramètre.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_95.png" /><figcaption>Figure 68 - Représentation des valeurs moyennes des principaux paramètres physico-chimiques. Les valeurs sont centrées normées selon $X - R/σ$. Chaque carré est muni du signe résultant de la transformation.</figcaption></figure>