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Restauration écologique : qu’apporte la modélisation ?
Face au déclin de la biodiversité en Europe, celle-ci prévoit de soutenir la revitalisation de plusieurs milliers de kilomètres de cours d’eau aujourd’hui fortement dégradés par les activités humaines. En effet, depuis le XIXème siècle, seules les questions économiques et sécuritaires ont été prises en compte en matière d’aménagement des cours d’eau. Ainsi, différents travaux ont conduit à la canalisation, au drainage et à l’atterrissement (remplissage progressif par des matériaux faisant diminuer localement la profondeur d’eau) de nombreux tronçons de rivières. Parmi elles, les grands fleuves comme le Rhin, le Danube, le Rhône ou encore la Seine, se distinguent par une dégradation marquée de leurs bras secondaires, zones humides et marais associés. Ces milieux, situés à la transition eau-terre, appartiennent à la plaine alluviale des cours d’eau et sont alimentés en proportions variables par les eaux souterraines et par le cours d’eau lui-même. Les caractéristiques de ces milieux font de la plaine alluviale un ensemble d’écosystèmes unique et très productif qui abrite une importante biodiversité (Amoros and Bornette, 2002). Hélas, du fait que les activités humaines continuent drastiquement à restreindre les plaines alluviales, 95% de ces étendues riches en biodiversité ont été reconverties pour d’autres utilisations (Tockner et al., 2008).
Face à cette dégradation continue des plaines alluviales, il est possible de limiter les dégâts causés aux grandes rivières : digues, barrages et captages d’eau constituent une grave menace. En leur donnant une deuxième vie et en rendant leur fonctionnement plus naturel (c’est à dire en les "restaurant"), les bras secondaires alluviaux contribuent à une part importante de la biodiversité aquatique alluviale. Sous l’action des pelles mécaniques, on peut, par exemple, reconnecter au chenal principal un bras secondaire autrefois isolé par une digue (Figure 1). Atterris et sans vie, ces bras restaurés sont ainsi revalorisés et offrent à nouveau nourriture, faune, zones refuges et de reproduction (= fonctionnalité écologique) mais également un système de purification et de rétention d’eau (= services écosystémiques). Cependant, la restauration des grandes rivières en Europe a besoin de méthodes pratiques et efficaces incitatives. Même si de nombreux modèles de restauration des bras secondaires ont déjà été établis, il en ressort la nécessité de mieux les mettre en œuvre et d’établir des objectifs clairs en termes de gain écologique tout en s’appuyant sur une restauration des processus naturels.
Figure 1 : exemple de reconnexion complète d’un bras secondaire du Rhône (crédits photos : CNR)
Grâce à une équipe franco-suisse (Université de Genève, École normale supérieure de Lyon & Université de Saint-Étienne), une étude publiée récemment dans Science of the Total Environment (Marle et al., 2021) offre des informations sur la restauration des bras secondaires des grandes rivières. Grâce à 10 années d’échantillonnage sur le Rhône et à des outils de modélisation statistiques innovants relevant de l’intelligence artificielle, il est maintenant possible de prédire, post-restauration, les peuplements biologiques en gastéropodes et en larves d’insectes d’un bras secondaire. Ces prédictions s’étendent sur des périodes de temps beaucoup plus longues (supérieures à 200 ans) que celles couvertes jusqu’à présent, permettant d’établir une vision des peuplements biologiques à long terme pour ce type de restauration (Figure 2).
Chacune des prédictions développées dans cette étude représente une succession d’espèces aquatiques constituant des assemblages se remplaçant au cours du temps des stades pionniers (stade A ; Figure 2), intermédiaires (stade B ; Figure 2) vers des stades plus avancés dit "isolés" de la rivière (stade C ; Figure 2). Les assemblages pionniers, dominés par des espèces associées à des vitesses de courant rapides, se développent après la reconnexion complète du bras au fleuve (stade A ; Figure 2). Au cours du temps, la sédimentation dans ces bras restaurés provoque un changement des conditions hydrologiques de par l’élévation de structures sédimentaires, appelées bouchons alluviaux, qui engendrent le passage d’un état "courant" (stade A) à un état plus "stagnant" (stade B) du bras secondaire. Ce passage apparaît aux alentours de vingt années après la date de restauration et provoque l’apparition de plusieurs espèces de mollusques gastéropodes, associées au ralentissement du courant. En effet, ces conditions permettent le développement de végétaux aquatiques offrant support et nourriture à ces espèces.
S’ensuit alors l’étape la plus longue d’atterrissement du bras isolé (Figure 2 ; stade C), pendant laquelle le bras continue son évolution vers des conditions semi-aquatiques ou temporaires (c’est à dire lorsque le bras subit des périodes d’assèchements). Cette étape de la succession (stade C ; Figure 2) peut se poursuivre pendant plus d’une centaine d’années. Alors que la sédimentation continue et élève le niveau du substrat par rapport au niveau du fleuve, à tout moment, une crue peut bouleverser le cours de cette succession et ramener les communautés biologiques au stade précédent (Figure 2 ; stade B). Cette propriété remarquable appelée "d’auto-entretien" (Riquier et al., 2017) est aujourd’hui activement recherchée par les gestionnaires afin d’accroître le dynamisme hydrologique de la zone alluviale et la durée de la phase aquatique des chenaux restaurés.