Détruire des ouvrages de moulin sans comprendre la dynamique de la rivière peut mener à des erreurs (Maaß et al 2021)

Dans un passage en revue de la littérature scientifique sur la morphologie des bassins versants européens et sur leurs tentatives de restauration écologique, trois chercheurs soulignent que les actions aujourd'hui entreprises manquent souvent d'informations solides sur le passé et la dynamique des rivières et des lits majeurs. En fait, les bassins versants sont modifiés depuis des millénaires, la notion d'état "naturel" est mal documentée, et certaines interventions peuvent avoir des effets contraires à la conséquence espérée. Les chercheurs citent longuement le cas particulier des destructions d'ouvrages de moulin et de petite hydraulique, en montrant que de telles opérations amènent aussi souvent une incision du lit de la rivière, ce qui contrarie la connexion avec le lit majeur, la rétention d'eau ou l'idée d'une recharge plus active des sédiments. Espérons que cette prudence scientifique prenne le pas sur le dogme administratif et militant de la suppression aveugle du maximum d'ouvrages. 

Histoire et diversité des impacts d'activité humaine sur les systèmes fluviaux, extrait de Maaß et al 2021, art cit

Les actions humaines sur les bassins versant ont commencé à partir du néolithique. Elles sont nombreuses : changement d'utilisation des terres, incluant l'agriculture, la déforestation, le reboisement et l'urbanisation, qui affectent le ruissellement et la charge en sédiments, mais aussi régulation des rivières, barrages, réservoirs, prélèvement d'eau, extraction de granulats, canalisation, dragage, remblai ou enrochement, qui modifient directement le chenal et sa connectivité avec les plaines inondables du lit majeur. Si ces activités durent depuis des millénaires, elles ont connu une accélération à l'ère moderne et en particulier au 20e siècle, en raison de la hausse démographique et des moyens technologiques de mener des travaux lourds. 

La restauration écologique de rivière et de bassin versant vise à corriger des dysfonctionnements physiques (ou des pertes de biodiversité) liés à certains aménagements. Mais elle est confronté à l'ubiquité des transformations anciennes et à la difficulté de définir ce que serait encore un état "naturel" du chenal ou de son bassin, ainsi qu'à la prédiction exacte de ses effets. 

Anna-Lisa Maaß, Holger Schüttrumpf et Frank Lehmkuhl passent en revue ces sujets. Voici le résumé de cette analyse :

Le climat, la géologie, la géomorphologie, le sol, la végétation, la géomorphologie, l'hydrologie et l'impact humain affectent les systèmes rivière-lit majeur, en particulier leur charge sédimentaire et la morphologie du chenal. Depuis le début du Holocène, l'activité humaine est présente à différentes échelles, du bassin versant au chenal, et a une influence croissante sur les systèmes fluviaux. Aujourd'hui, de nombreux systèmes rivière-lit mejeur sont transformés à l'occasion de restaurations vers des conditions hydrodynamiques et morphodynamiques "naturelles" sans impacts humains. Il manque des informations sur la situation historique ou "naturelle" ainsi que pour la situation actuelle. Les changements des flux sédimentaires "naturels" au cours des derniers siècles entraînent des changements de la morphologie fluviale. Le succès des restaurations de rivière dépend d'une connaissance approfondie de la morphodynamique fluviale historique et actuelle. Par conséquent, il est nécessaire d'analyser les conséquences des impacts historiques sur la morphodynamique fluviale ainsi que les implications futures des impacts humains actuels au cours des restaurations. L'objectif de cette revue est de résumer les impacts des bassins versants et des chenaux depuis le début du Holocène en Europe sur la morphodynamique fluviale, d'étudier de manière critique leurs conséquences sur l'environnement et d'évaluer la possibilité de revenir à un état de rivière morphologiquement "naturelle". 

Plus particulièrement, les auteurs soulignent que les opérations de restauration sont elles aussi des chantiers et qu'elles doivent elles aussi répondre des impacts qu'elles vont créer. Un passage très intéressant pour nos lecteurs concerne les ouvrages transversaux et particulièrement les moulins, nous le traduisons ici.

"Les restaurations de rivières d'aujourd'hui sont toujours des impacts humains !

Depuis les 50 dernières années, des restaurations fluviales sont réalisées pour transformer les systèmes rivière-plaine inondable dans un état hydrologique et morphologique plus «naturel», mais ces projets de restauration sont à nouveau un impact anthropique.

La gestion des rivières, qui tient compte d'intérêts souvent conflictuels, nécessite une prise de conscience et une compréhension des processus morphodynamiques «naturels» tels que la migration latérale (Vandenberghe et al 2012). Par conséquent, la compréhension des conditions hydrodynamiques et morphodynamiques historiques des rivières, la surveillance des processus actuels et l'évaluation du développement futur sont essentielles pour la bonne gestion des rivières d'aujourd'hui.

Au XXIe siècle, les lois et directives nationales (par exemple, la loi allemande sur les ressources en eau) et internationales (par exemple, la directive-cadre sur l'eau de l'UE) mettent l'accent sur un développement hydrologique et morphologique naturel. Les caractéristiques «naturelles» d'un système rivière-plaine inondable sont résumées et formulées dans un principe directeur prédéfini, qui tient également compte des impacts anthropiques irréversibles (Patt 2016). Les objectifs de développement prédéfinis doivent être réalisés dans le cadre des restaurations de rivières et sont évalués en comparant l'état actuel d'une rivière et son principe directeur. Lors des restaurations fluviales, des zones inondables sont générées, les longueurs d'écoulement sont augmentées, les barrières anthropiques sont réduites et un développement fluvial «naturel» est initié (Gerken et al 1988).

La motivation derrière les projets de restauration des rivières varie selon la propriété foncière, l'agence de financement et le cadre culturel (James et Marcus 2006), et on rencontre souvent le problème de présenter au public ce que serait un système rivière-plaine inondable «bon et sain» (Wohl et al 2015). Pour le public, une rivière est saine si l'eau est claire et si les berges ne s'érodent pas rapidement (Wohl 2005).

Aujourd'hui, de nombreuses restaurations de cours d'eau s'accompagnent de la suppression d'ouvrages transversaux pour assurer une meilleure franchissabilité aux poissons et/ou un transport continu des sédiments. Mais la synergie de la construction et de l'enlèvement de ces structures transversales se traduira toujours par l'incision du lit de la rivière, par exemple, Buchty-Lemke et Lehmkuhl (2018) ont analysé les impacts de l'abandon des moulins à eau historiques (comme exemple de structures transversales) de la rivière Wurm en Allemagne occidentale. Ils ont conclu que l'abandon du moulin et l'enlèvement du déversoir ont déclenché un processus d'ajustement morphologique qui a créé des terrasses en amont du moulin et équilibré le point de rupture induit par le moulin dans le profil longitudinal. Cependant, un tel processus d'ajustement peut être superposé à des influences anthropiques qui contrôlent la disponibilité des sédiments et les conditions de débit ; les changements de forme de canal et de plan sont différents dans les tronçons rectilignes, sinueux et fixes. Les activités humaines du chenal de la rivière et la manière dont l'abandon du moulin a été effectué contrôlent en outre la morphodynamique fluviale. De plus, les effets de l'instabilité du chenal et des variations de la largeur des rivières sont analysés, par exemple, par Downward et Skinner 2005, Chang 2008 ou Bishop et al. 2011.

En ce qui concerne la restauration des cours d'eau, il est important et indispensable de considérer que l'abandon des moulins (ou en général la suppression des ouvrages transversaux) conduit à l'incision en amont. Si le but d'un tel retrait est de conduire à une plus grande connectivité entre le chenal et ses plaines inondables ou d'entraîner un comportement morphodynamique transversal plus élevé de la rivière, le retrait pourrait manquer son objectif.

En général, l'incision des rivières n'est pas prévue par les gestionnaires des rivières en raison de ses effets négatifs sur l'écologie des plaines inondables, mais après la suppression d'une structure transversale, une rivière vise à rétablir son profil longitudinal avant la construction de l'usine. Par conséquent, le "simple" enlèvement n'est peut-être pas toujours la solution pour une meilleure franchissabilité pour les poissons et/ou un transport continu des sédiments. (...)

Dans la littérature, seuls quelques résultats controversés de l'impact des moulins à eau (toujours à titre d'exemple pour les ouvrages transversaux) sur la morphodynamique fluviale peuvent être trouvés (voir par exemple Walter et Merritts 2008). Par exemple, Donovan et al. 2016 ont concentré leurs recherches sur la région médio-atlantique et ont déclaré que les rives du chenal à proximité des barrages de moulin rompus servaient de points chauds (hot spots) d'érosion et de dépôt locaux, mais que tous les points chauds de sédiments ne sont pas des barrages de moulin et que tous les barrages de moulin ne sont pas des points chauds. Bien que les barrages de moulins historiques et les sédiments hérités soient répandus, ils n'ont pas nécessairement des impacts uniformes sur le rendement en sédiments"

Référence : Maaß AL et al (2021),  Human impact on fluvial systems in Europe with special regard to today’s river restorations, Environmental Sciences Europe, 33, 119 

Si les truites pouvaient parler (Potherat 2021)

La biodiversité remarquable des cours d'eau du Châtillonnais et du plateau de Langres, en particulier ses populations de salmonidés réputées jusqu'au début des Trente Glorieuses, a-t-elle décliné depuis 50 ans à cause des ouvrages hydrauliques? Pierre Potherat apporte une réponse négative dans un remarquable livre sur l'histoire récente de ces rivières. Cet ingénieur géologue d'Etat aujourd'hui à la retraite montre que, bien au contraire, ce sont des travaux lourds visant à faire circuler l'eau plus vite qui ont asséché peu à peu les aquifères de la région, perturbé l'hydrologie de nappes et des lits, créé un environnement aquatique défavorable. Loin d'être des adversaires du vivant, les ouvrages bien gérés peuvent contribuer à son retour, ce que montre la co-existence séculaire des moulins et des truites. A condition pour les gestionnaires publics de ne plus se tromper de cibles dans leurs actions.

On connaît la chanson qu'ont voulu nous apprendre depuis quinze ans des syndicats de rivière, des agences de l'eau et d'autres acteurs publics : si les poissons ont disparu des rivières, c'est à cause des "obstacles à l'écoulement" qui les parsèment. La majorité de ces obstacles étant, dans nos campagnes, des moulins, des forges et des étangs. 

Cette chanson, Pierre Potherat n'en comprend ni le refrain ni les paroles. Pour une raison simple, elle ne correspond pas aux faits d'observation. Enfant du Châtillonnais, ingénieur géologue et ingénieur en chef de l'Etat pendant 45 ans, pêcheur passionné et amoureux des rivières, Pierre Potherat a passé des décennies au bord de la Seine, de l'Ource, des cours d'eau du plateau de Langres. Il a connu, comme de nombreux autres "anciens" de sa génération, des rivières poissonneuses et en particulier riches en truites dans les années 1940 à 1960. De mêmes témoignages existent en France-Comté voisine, on pense aux travaux pionniers de Jean Verneaux. 

Cette abondance des salmonidés a commencé à décliner après les années 1960. Or, les moulins et les étangs n'ont aucun rapport avec cette temporalité : ils sont présents depuis des siècles pour la plupart, et si une chose est à remarquer au 20e siècle, c'est plutôt qu'ils ont eu tendance à disparaître ou à ne plus être gérés comme outils de production. Il n'y a donc aucun sens à les accuser d'avoir fait fortement décliner des espèces qui n'avaient eu aucun problème particulier à co-exister avec eux pendant des générations d'humains, et plus encore de truites !

Qu'est-ce qui a changé à compter des années 1960 et 1970 ? 

Le livre de Pierre Potherat est une passionnante enquête à ce sujet. Elle n'aborde pas le point des pollutions, tout en signalant que c'est évidemment un sujet à explorer, mais se concentre sur les spécialités de l'auteur, l'hydrogéologie et l'hydromorphologie des rivières de zones calcaires, voire karstiques. L'étude montre que des travaux lourds ont été réalisés sur les cours d'eau du Châtillonnais, dans le but d'éviter les inondations, menant à des curages, reprofilages, recalibrages, chenalisations qui ont eu des effets pervers nombreux. Des habitats de berges et d'annexes hydrauliques ont disparu. L'hydrologie surtout s'en trouve affectée : l'eau des saisons pluvieuses n'étant ni retenue ni stockée dans les aquifères (où elle pourrait trouver des capacités de dizaines de millions de mètres cubes dans la zone étudiée!), elle file à l'aval pour laisser des débits d'été de plus en plus secs et fluctuants. Cette eau plus rare se réchauffant aussi plus vite, le cocktail n'est évidemment pas fameux pour les salmonidés et autres poissons de tête de bassin. Surtout si l'on y ajoute tous les ingrédients chimiques absents voici deux générations, et désormais ubiquitaires.

Pour retrouver la biodiversité remarquable des cours d'eau du Châtillonnais, Pierre Potherat propose des pistes. L'une d'elles est de revenir à une gestion intelligente et active des ouvrages qui, loin d'être des ennemis de la truite et du vivant en général, peuvent au contraire en être des alliés précieux. Une vision tout à fait conforme aux convictions des associations de riverains et propriétaires dont le but est de retrouver cette action conjointe autour des patrimoines naturels, culturels et techniques. Un ouvrage à lire et à faire lire !

Extrait de l'introduction

Par un bel après-midi de mai ou juin 1953, j’avais à peine 5 ans, je m’évertuais à dessiner sur  la route avec un petit arrosoir d’eau puisée dans le lavoir municipal de Charrey sur Seine.

Après une bonne demi-heure d’un labeur passionnant, en remplissant mon arrosoir je piquai la tête la première dans le bassin. Promptement une main charitable m’a empoigné par le fond de culotte et m’a tiré de ce mauvais pas. C’était la main de ma mère qui gardait un œil sur moi tout en faisant sa lessive.

Loin de me rebuter cette péripétie n’a fait que conforter mon attirance vers l’eau. Celle de la rivière, des biefs, des vannages aux eaux bouillonnantes et  chantantes, des mares et même celle des fossés, et autres chenaux, autant de milieux hébergeant une biodiversité aquatique exceptionnelle à l’époque. 

Rapidement j’ai emboité les pas de mon père s’en allant taquiner la truite le dimanche, mais je ne devins autonome qu’à l’ouverture de la pêche de 1960, année de mes 12 ans et de mon premier permis. 

Tout cela pour dire que j’ai assidument fréquenté les bords de Seine depuis la fin des années cinquante. J’en connaissais tous les méandres, toutes les coulées, tous les contre-courants et je les ai vus changer au fil des années avec un pincement au cœur, me demandant si mes petits-fils pourraient un jour goûter au plaisir de capturer quelques belles saumonées ou plus simplement apprécier les instants magiques passés au bord de ce cours d’eau dans une nature encore préservée et face à des paysages magnifiques avec en toile de fond le Mont Lassois qui livre peu à peu son histoire et ses secrets. 

Au début des années 2010, quelques temps avant de revenir profiter de ma retraite dans ma région natale, j’ai souvent eu l’occasion d’accueillir des amis dans le Châtillonnais et de leur faire visiter notre belle région. Tous, sans exception, ont été frappés par la beauté de nos paysages, en particulier celle de la « cuesta de Chatillon », barrière naturelle dont le flanc  sud supporte le vignoble du crémant du Châtillonnais et constitue la première manifestation morphologique de la présence du bassin parisien tout proche. Les trouées de la Laignes, de la Seine, de l’Ource et de l’Aube qui entaillent ce relief représentent autant de portes d’entrée vers Paris, le  site de Vix, vu du haut du Mont Lassois, étant la plus prestigieuse de toutes.

La tranquillité de nos forêts les a également séduits mais ils ont surtout remarqué l’abondance d’eau dans les nombreuses rivières descendant du versant nord-ouest du plateau de Langres. Le cours de celles-ci est jalonné de remarquables bâtiments anciens ayant hébergé des activités, pour certaines millénaires, couvrant la minoterie, l’huilerie, le sciage du bois, la fonte du minerai de fer et le travail de ce métal pour la production de divers outils et objets métalliques nécessaires au labeur journalier des habitants de nos campagnes : paysans, artisans, ouvriers agricoles, religieux etc.

Le plateau de Langres est considéré comme le château d’eau du bassin parisien au regard des abondantes précipitations qui alimentent l’immense aquifère constitué par les calcaires du Jurassique moyen et supérieur. Les rivières qui y naissent, en particulier la  Seine et ses affluents, possèdent, ou plutôt possédaient, des débits importants 6 à 8 mois de l’année. La disponibilité d’une énergie hydraulique gratuite et abondante rend donc compte de l’implantation d’innombrables installations constituant le petit patrimoine local pluriséculaire, parfois millénaire: moulins, scieries, fourneaux, forges, lavoirs etc.

Des aménagements importants pour l’époque moyenâgeuse, voire plus ancienne, ont été effectués. Il s’est agi en premier lieu  d’un recalibrage de la rivière à l’amont de vannages de manière à disposer d’une retenue d’eau suffisante pour faire tourner les roues hydrauliques. Le reste des travaux a consisté, soit en canaux d’amenée d’eau (biefs,) avec chenaux de restitution de celle-ci à la rivière (canaux de fuite), soit en vannes et chenaux de décharge, soit en déversoirs de sécurité. Parfois, de simples seuils ou digues disposés en travers de la rivière principale permettaient d’alimenter une ou deux roues hydrauliques. L’ensemble formait encore il y a peu un entrelacs de canaux et chenaux auxquels il convenait d’ajouter les fossés de drainage des prairies naturelles occupant le lit majeur des rivières. Le tout, parfaitement entretenu jusqu’il y a peu de temps, étant du plus bel effet esthétique et d’une grande importance dans la biodiversité.

Dès le début du XXème siècle, plus encore  après la grande guerre, l’activité artisanale, voire industrielle a commencé à décliner pour aboutir à la situation actuelle : plus aucun moulin, plus aucune forge, plus aucune scierie ne fonctionne au bord de l’eau. 

Cependant bien des bâtiments, avec leurs aménagements, subsistent, en particulier certains moulins ou forges, achetés par des particuliers pour en faire leur demeure principale, voire secondaire.

Ainsi sont restés certains ouvrages tels que d’anciens vannages agrémentés de cascades aux eaux tumultueuses qui restent des lieux de promenade très prisés des villageois ainsi que des gens de passage. 

Fort de l’attrait des paysages et de la richesse du  patrimoine de notre région je m’étais pris à rêver d’un circuit des moulins qui aurait pu attirer et intéresser nombre de visiteurs et apporter une plus-value au « Parc National des Forêts ». C’était sans compter sur la volonté des pouvoirs publics de faire appliquer sur les rivières du Châtillonnais la continuité écologique de la manière la plus dure qui soit en faisant financer à la collectivité l’effacement d’un maximum d’ouvrages.

Quand un peu avant 2010, j'ai eu vent de la mise en place d’un vaste programme de suppression des ouvrages hydrauliques qui jalonnent le cours de nos rivières, j’ai tout d’abord pensé à une « fake news », comme on dit aujourd’hui. Ce programme avait en effet pour objectif de favoriser le repeuplement naturel des cours d’eau en facilitant la circulation des poissons et des sédiments qui encombrent parait-il le lit mineur. Ceux qui, comme moi, sont nés dans l’immédiat après-guerre ou même bien avant, entre les deux guerres, peuvent témoigner de la quantité exceptionnelle de poissons peuplant les rivières du Châtillonnais jusque dans les années 60. Comment ont-ils fait, ces poissons, pour se reproduire jusqu’à cette époque alors que nombre des ouvrages fonctionnaient encore?  Bizarrement aucune association ni fédération de pêche n’a réagi  quand ces programmes ont été annoncés à l’orée du XXIème siècle. Peut-être une certaine confiance dans l’action des  pouvoirs publics  était-elle encore de mise?

Référence : Pierre Poterat, Si les truites pouvaient parler. L’histoire récente des rivières 

Plateau de Langres en général et du Châtillonnais en particulier. Les cas de la Seine et de l’Ource, 153 pages.

Pour se procurer le livre (13€) :

• Office du Tourisme de Châtillon, 1 rue du Bourg, 21400 Châtillon
• Musée Trésor de Vix, 14 rue de la Libération, 21400 Châtillon
• Librairie Page 21, 3 rue du président Carnot, 21400 Châtillon
• On en commandant directement à l'auteur à : p.potherat@orange.fr 

Les petits ouvrages hydrauliques n'entravent pas la continuité sédimentaire (Colm et al 2021)

Les seuils, déversoirs, chaussées et autres petits ouvrages de rivières affectent-ils le transport des sédiments? Pas vraiment, répond une nouvelle étude de chercheurs européens ayant mesuré le transport réel des matériaux grossiers du lit de la rivière au-dessus d'un ouvrage à différents débits. Ce travail confirme d'autres analyses qui invalident l'idée d'une discontinuité sédimentaire notable liée aux petits barrages. Les scientifiques confirment ainsi ce que disaient les riverains de longue date : les sédiments de toute taille se retrouvent à l'amont comme à l'aval des ouvrages de moulins, étangs et autres sites modestes, les crues les plus importantes donnant lieu à des déplacements de matériaux grossiers au-dessus des crêtes, ou par voie latérale parfois. Dommage qu'en la matière, la France et l'Europe prennent des règlementations avant, et non après, le travail complet des scientifiques...

Casserly M. Colm et ses collègues ont étudié un déversoir situé sur une section de la rivière Boro, un cours d'eau de troisième ordre de Strahler à lit grossier, affluent de la rivière Slaney, dans le sud-est de l'Irlande. S'élevant au pied de la montagne Blackstairs dans le comté de Wexford, le Boro draine une superficie de 8,2 km2 au niveau du déversoir d'étude. L'ouvrage a une hauteur de 1,3 m, cf photo ci-dessus.

Voici le résumé de travaux exposant la méthodologie et les principales conclusions :

"Le transport de sédiments grossiers dans les systèmes fluviaux joue un rôle important dans la détermination de l'habitat physique dans les cours d'eau, du potentiel de frai et de la structure de la communauté benthique. Cependant, malgré plus d'une décennie de pression en Europe pour rétablir la continuité des cours d'eau en vertu de la directive-cadre sur l'eau (DCE), il y a eu relativement peu d'études empiriques sur la façon dont les structures au fil de l'eau de basse chute (les déversoirs) perturbent le processus et dynamique du transport de charriage. 

Dans cette étude, nous présentons une enquête sur la façon dont les sédiments grossiers sont transférés à travers un barrage à basse chute via la surveillance en temps réel du transport de charriage sur un déversoir dans le sud-est de l'Irlande. Les valeurs de débit critiques pour l'entraînement des particules sur la structure ont été dérivées de l'utilisation novatrice d'une antenne RFID fixe, associée à un enregistrement continu des niveaux d'eau et des sédiments capturés en aval à l'aide de pièges à sédiments de type fosse. L'antenne RFID fixe a été installée le long d'une crête de déversoir en utilisant à la fois des configurations "dessous" et "dessus" comme moyen de détecter le moment où les traceurs de charriage se sont déplacés au-dessus de la crête du barrage. 

Les résultats montrent que 10 % des traceurs déployés en amont ont été détectés passant par-dessus le seuil, tandis que 15 % supplémentaires non détectés ont été récupérés en aval. ces résultats indiquent que des matériaux de charriage en amont  aussi gros que le D70 (90 mm) peuvent se déplacer sur la structure lors de crues peu fréquentes. Cependant, des recherches approfondies de la zone ensemencée en amont du barrage suggèrent également que jusqu'à 43 % du nombre total peuvent être passés en aval, ce qui indique que les traceurs se sont déplacés sur le déversoir après que l'antenne a été endommagée lors d'un événement de fort débit, ou ont été manqué en raison de la vitesse des particules ou de la collision du signal. De plus, 30 des traceurs restés en amont se sont avérés soit avoir été enfouis en raison de l'afflux ultérieur de sédiments entrant dans le réservoir, soit avoir été remobilisés à travers le matériau de surface. Les valeurs de débit critiques indiquent des modèles de transport sélectifs par taille ainsi qu'une forte corrélation entre le débit de pointe de l'événement et la charge de fond totale capturée en aval. 

Ces résultats fournissent davantage de preuves que les structures à faible chute peuvent éventuellement adopter une morphologie qui permet le stockage intermittent et l'exportation ultérieure de la charge de fond d'un chenal en aval, comme l'ont supposé d'autres auteurs. Sur la base de ces résultats et de ceux d'autres études de terrain récentes, nous présentons un ensemble de modèles schématiques possibles qui offrent une base pour comprendre les façons uniques dont les barrages de basse chute peuvent continuer à perturber le transport des sédiments longtemps après avoir atteint leur capacité de stockage fonctionnelle. Les limites de l'utilisation d'une antenne RFID stationnaire et les recommandations possibles pour de futures études sont discutées."

Ce graphique montre la relation observée entre le diamètre des sédiments (abscisses) et le débit critique de transport pour passer au-dessus du seuil (ordonnées).

Discussion

Des études récentes ont fourni des preuves directes que les ouvrages à faible chute n'agissent pas comme des barrières complètes au transport de sédiments grossiers, des fractions granulométriques jusqu'à la médiane pouvant être transportées en aval (Casserly et al 2020; Peeters et al 2020; Magilligan et al 2021). Il y a donc eu, en ce domaine comme en bien d'autres, un abus de certains gestionnaires des rivières ayant prétendu que les ouvrages présentaient de graves problèmes pour l'équilibre sédimentaire des rivières. 

La continuité sédimentaire peut être un sujet pour des fleuves fragmentés par de grands barrages infranchissables et à forts volumes de réservoir, mais ce n'en est pas un pour les moulins, étangs, plans d'eau et autres ouvrages modestes. Dans ce dernier cas, les périodes de haut débit conservent au cours de l'année une capacité de transport sédimentaire vers l'aval. Il faut donc cesser d'inventer des problèmes là où ils sont inexistants.

Référence : Colm M.  et al (2021), Coarse sediment dynamics and low-head dams: Monitoring instantaneous bedload transport using a stationary RFID antenna, Journal of Environmental Management, 300, 113671

Ralentir et diffuser les écoulements pour stocker l'eau

Des chercheurs publient une tribune sur l'enjeu de préservation et stockage de l'eau en situation de changement climatique rapide comme nous le connaissons aujourd'hui. Parmi les options: ralentir et diffuser l'eau dans les bassins versants. C'est un des rôles des ouvrages hydrauliques, dont la gestion écologique doit devenir notre politique publique, en lieu et place de leur absurde destruction. 

Zone humide en contrebas d'un bief de moulin.

Géraldine Picot-Colbeaux (hydrogéologue, BRGM), Marie Pettenati (hydrogéologue, BRGM) et Wolfram Kloppmann (géochimie isotopique, BRGM) publient un intéressant article sur le site d'analyse universitaire de l'actualité The Consersation. Cet article est dédié à la question de la préservation des ressources en eau pour les besoins humains en situation de changement hydroclimatique. "On parle de «gestion intégrée de la ressource en eau», qui vise à préserver le niveau des nappes d’eau souterraine, les débits des cours d’eau et à lutter contre les inondations et la salinisation des eaux en milieu côtier."

Les eaux souterraines sont contenues dans les "aquifères", formations rocheuses ou sédimentaires qui les stockent et qui se renouvellent plus ou moins vite. "Certains aquifères profonds contiennent des eaux de pluies tombées quand l’humanité taillait encore des silex ! D’autres, proches de la surface, contiennent de l’eau qui transite en quelques années. Sous nos latitudes, c’est en hiver, lorsque la végétation prélève moins d’eau, que les précipitations rechargent les aquifères."

Comme en témoignent les difficiles périodes de sécheresses dans certaines régions, impliquant des restrictions d'usage, la gestion de l'eau peut devenir critique quand se conjuguent la hausse des besoins humaines et l'incertitude climatique, avec des événements extrêmes plus probables (parfois de longues sécheresses, parfois des excès de pluie et des inondations, comme récemment en Allemagne, Belgique, Luxembourg et Angleterre). "À la question, «Manquerons-nous d’eau demain ?», la réponse est donc : «Nous en manquons déjà, localement et de plus en plus souvent»."

Les chercheurs rappellent les options de gestion intégrée de l'eau :

"Les solutions existent déjà, dans le monde et en France, depuis de nombreuses années. Mais il s’agit de les mettre en œuvre et de les intégrer dans des stratégies cohérentes de gestion des nappes :

– caractériser, suivre et prévoir sur la base de modèles fiables l’évolution des ressources et des besoins ;

– pratiquer la sobriété ;

– diminuer la pression sur la qualité de l’eau en diminuant la quantité de produits chimiques persistants et mobiles ;

– améliorer le traitement des eaux usées ;

– utiliser et réutiliser des eaux non conventionnelles après traitement ;

– retenir l’eau sur les territoires en ralentissant les écoulements et en stockant l’eau dans les milieux naturels."

On retient en particulier le dernier point : la nécessité de ralentir et diffuser les écoulements sur tous les territoires. Comme notre l'association l'a exposé à de nombreuses reprises, la politique de destruction des ouvrages hydrauliques transversaux au nom de la continuité écologique va à l'encontre de cet objectif. En voici quelques raisons :

• la morphologie des bassins versants a beaucoup changé au fil des millénaires, les chenaux de rivière y ont été canalisés (creusement des lits, rehausse des berges), détruire les ouvrages dans ce contexte renforce l'incision, accélère l'écoulement, diminue le temps et l'espace d'échange entre l'eau superficielle et les sols (la continuité longitudinale aggrave la discontinuité latérale, cette dernière étant la plus importante pour le stockage d'eau, et aussi souvent pour la biodiversité),
• les ouvrages dessinent des retenues, plans d'eau, canaux latéraux de diversion qui ont l'effet souhaité de ralentissement de l'écoulement et de diffusion de cet écoulement sur davantage de surface d'échange, de rehausse de nappes, parfois de gestion des expansions latérales de crue en saison pluvieuse,
•  les successions de plan d'eau ont aussi un effet bénéfique sur l'épuration des intrants, tant que ceux-ci ne sont pas limités à la source, donc sur la dépollution des eaux susceptibles de s'infiltrer dans les sols.

Au lieu de détruire les ouvrages, nous devons de toute urgence les préserver et les doter d'une gestion hydro-écologique informée. 

Les ouvrages hydrauliques réchauffent ou refroidissent l'eau selon leur nature (Seyedhashemi et al 2021)

Une étude française sur le bassin de Loire montre que, par rapport à une rivière non fragmentée, la présence de grands barrages tend à diminuer la température estivale de l'eau de 2°C, celle de succession de retenues plus petites tend à l'augmenter de 2,3°C. Cette moyenne recouvre néanmoins des dispersions notables dans le cas des rivières avec ou sans retenue. 

Le barrage de Naussac, situé dans la zone d'étude (CC BY-SA 2.0, Dimitri)

Hanieh Seyedhashemi et ses collègues ont étudié dans le bassin de Loire la signature thermique des rivières selon la présence de grands barrages, de retenues de plus petites dimensions ou d'un style fluvial plus naturel. 

Ils introduisent ainsi l'objet de leur recherche : "Les corridors fluviaux stockent, transforment et transportent la masse et l'énergie depuis les sources vers les océans. Bien que les rivières soient généralement analysées comme des systèmes lotiques, la distribution des plans d'eau lentiques (p. ex. lacs, réservoirs, étangs) le long du continuum fluvial est récemment apparue comme un facteur critique dans l'élimination de l'azote (Harrison et al., 2009; Schmadel et al., 2018) et le stockage du phosphore (Grantz et al., 2014) et des sédiments (Vörösmarty et al., 2003). Une préoccupation émergente concerne les effets cumulatifs des systèmes lentiques sur la température de l'eau des cours d'eau et des rivières, qui est un paramètre critique affectant l'eutrophisation des plans d'eau (Minaudo et al., 2018; Le Moal et al., 2019) et la répartition des communautés aquatiques (Cox et Rutherford, 2000; Poole et Berman, 2001; Ducharne, 2008)."

Les effets des masses d'eau lentiques sur la température des cours d'eau dépendent fortement de leurs caractéristiques individuelles et de leurs distributions spatiales. Ce qui complique les échelles d'analyse. Les auteurs proposent d'étudier le rapport entre température de l'air et de l'eau dans les bassins pour comprendre la dynamique des échanges de chaleur selon que les rivières sont fragmentées par divers types de retenues. 

Voici le résumé de leur recherche :

"Les ouvrages anthropiques (par exemple les grands barrages, les petits réservoirs et les retenues) se multiplient à l'échelle mondiale, influençant les régimes de température en aval de diverses manières, qui dépendent de leur structure et de leur position le long du continuum fluvial. 

En raison des multiples réponses thermiques en aval, il y a peu d'études caractérisant les tailles d'effet cumulatif à l'échelle du bassin versant. Ici, nous introduisons cinq indicateurs thermiques basés sur la relation de la température eau-air qui, ensemble, peuvent identifier les signatures thermiques modifiées par des barrages et des retenues. Nous avons utilisé cette approche de signature thermique pour évaluer un ensemble de données régionales de 330 séries chronologiques quotidiennes de température des cours d'eau provenant de stations du bassin de la Loire, en France, de 2008 à 2018. Ce bassin (100000 km2) est l'un des plus grands bassins versants européens avec des caractéristiques anthropiques et naturelles contratsées. Les signatures thermiques dérivées ont été contre-validées avec plusieurs caractéristiques connues du bassin versant, qui ont fortement soutenu leur séparation en signatures de type barrages, retenues et naturelles. Nous caractérisons le régime thermique de chaque signature thermique et nous le contextualisons à l'aide d'un ensemble de métriques thermiques pertinentes sur le plan écologique. 

Les résultats indiquent que les grands barrages ont réduit la température estivale des cours d'eau de 2 ° C et retardé le pic annuel de température des cours d'eau de 23 jours par rapport aux régimes naturels. En revanche, les effets cumulatifs des retenues en amont ont augmenté la température estivale des cours d'eau de 2,3 ° C et accru la synchronisation avec les régimes de température de l'air. Ces signatures thermiques permettent ainsi d'identifier et de quantifier les influences thermiques et écologiques en aval de différents types d'infrastructures anthropiques, sans information préalable sur la source de modification et les conditions de température de l'eau en amont."

Ce graphique montre la différence entre température de l'air (en gris) et température de l'eau dans les rivières à barrages (rouge), à retenues (vertes) ou de type naturel (bleu).

Extrait de Seyedhashemi et al 2021, art cit.

Cet autre graphique montre les variations observées selon les cours d'eau pour la température de l'eau en été (Tw summer), la température maximale mensuelle (maxTw), le nombre de jours à température > 20°C ou 15°C (DTw20), la différence maximale de température de l'eau dans l'année (max deltaTw), avec les mêmes codes couleur (rouge barrages, vert retenues, bleu naturel).

Extrait de Seyedhashemi et al 2021, art cit.

On observe au passage que les distributions de température d'été de l'eau (Tw) et températures maximales d'été (max Tw) se recoupent pour un grand nombre des sites naturels ou avec retenues. 

Concernant les retenues, les auteurs signalent notamment dans leur article que la couverture arborée a une influence négative notable sur la température. 

Discussion

Cette recherche confirme d'autres travaux ayant montré que les grands barrages tendent à refroidir l'eau quand les petits tendant à la réchauffer. Les déterminants sont notamment la hauteur de la colonne d'eau de retenue, la largeur de la surface de retenue, la présence ou non d'arbres en berge de la retenue. 

Il serait intéressant d'affiner le travail en précisant la nature des retenues. Le texte signale simplement une hauteur de moins de 15 m (pour les retenues hors barrage), mais cela laisse de la marge d'interprétation. Il existe en effet plusieurs dizaines de milliers d'ouvrages sur les rivières françaises, allant  de simples chaussées de moulins de 0,5m de hauteur à la retenue à peine perceptible jusqu'à des lacs de centaines d'hectares. Une prochaine étape pourrait être d'affiner le cas des rivières à retenue (le plus fréquent en France) pour analyser plus en détail les facteurs faisant varier la température, comme la densité, la surface, la spatialisation, la végétalisation de ces retenues sur le continuum.  

Référence :  Seyedhashemi H et al (2021), Thermal signatures identify the influence of dams and ponds on stream temperature at the regional scale, Science of the Total Environment, 766, 142667

"Des millions de dollars ont été dépensés pour essayer de ramener les cours d'eau à un état artificiel", l'erreur américaine reproduite en France

On l'ignore parfois, mais l'idée de la restauration écologique des rivières vers un état sauvage provient surtout des Etats-Unis. Or voici plus de 10 ans, une recherche avait montré là-bas que la reconstruction de rivières à méandres, grande occupation des gestionnaires publics de la nature, correspond en fait à une morphologie héritée... de l'abandon des moulins à eau construits deux siècles plus tôt! Nous traduisons ici un commentaire de la revue Nature qui soulignait déjà cette incongruité : dépenser des fortunes pour essayer de revenir à un état ancien déjà artificialisé, et cela alors que les conditions présentes et futures de milieu ne sont de toute façon plus du tout les mêmes. En Europe, les moulins et étangs ne se sont pas développés sur trois siècles comme aux Etats-Unis, mais sur deux millénaires. Et ils faisaient suite à un millénaire précédent de déforestations, chenalisations et terrassements agricoles. Cela ne rend que plus absurde la dépense d'argent public en quête d'une fantasmatique nature antérieure. Le manque de rigueur scientifique et de recul historique dans l'écologie aquatique conduit à trop de chantiers de carte postale sans intérêt majeur ni pour la société, ni pour le vivant.

Le réméandrage à la pelleteuse ne correspond en rien à une "renaturation", mais au choix assez arbitraire d'un style fluvial né de l'occupation humaine des sols. On notera au passage qu'en été, des méandres ralentissent, réchauffent et évaporent davantage l'eau qu'un écoulement rapide plus rectiligne, phénomène qui est censé être dramatique quand on parle d'une retenue. Mais nos apprentis sorciers de la "nature renaturée" ne sont pas à une contradiction près... Droits réservés.

À quoi ressemble une rivière naturelle?

L'héritage des ouvrages de moulins brouille l'eau des restaurateurs de rivières

Emma Marris

©Nature

Les écologues travaillant à la restauration des cours d'eau dans l'Est des États-Unis ont utilisé un idéal malavisé, selon de nouvelles recherches.

La notion pittoresque, soutenue par de nombreux écologues, selon laquelle un cours d'eau non touché par des mains humaines serpente dans un seul canal en forme de S avec de hautes berges verticales semble être fausse. Au lieu de cela, cette forme est un artefact des milliers de petits barrages de moulins construits sur les cours d'eau de l'Est des Etats-Unis entre les 18e et 19e siècles, disent Robert Walter et Dorothy Merritts du Franklin and Marshall College à Lancaster, en Pennsylvanie.

L'équipe a parcouru d'anciennes cartes, examiné des documents historiques, visité des centaines de cours d'eau et utilisé des techniques de détection et de télémétrie de lumière (LIDAR) pour avoir une idée de la configuration du terrain sous la végétation moderne. À certains endroits, ils ont utilisé une pelleteuse pour exposer les couches sédimentaires et vérifier l'histoire géologique.

Les chercheurs concluent que les cours d'eau de la région du Piémont à l'Est des États-Unis - juste à l'Est des Appalaches - ressemblaient plus à des marais qu'à des rivières lorsque les Européens sont arrivés pour la première fois. L'eau ne coulait pas dans un seul canal, mais plutôt dans des tresses, des bassines et de la boue, rapportent-ils dans Science (article).

Des méandres nés des retenues

À la fin du 18e siècle, de nombreuses rivières avaient été endigués (avec des barrages aussi larges que des vallées entières, parce que les cours d'eau étaient si étendus), et ils se sont transformés en un collier de retenues de moulin, un tous les quatre kilomètres environ. Pendant ce temps, la déforestation sur les hauteurs a augmenté l'approvisionnement en eau et l'afflux de sol. Les retenues des moulins ont recueilli d'épaisses couches de sédiments sur leurs fonds.

Lorsque l'énergie à vapeur a commencé à déplacer l'hydraulique pour la mouture, la forge et l'exploitation minière, bon nombre de ces barrages ont été percés. Les torrents d'eau à écoulement rapide qui en résultaient ont creusé un canal à travers les sédiments dans les anciens étangs, créant la forme sinueuse considérée aujourd'hui comme "naturelle".

Un travail similaire a été effectué dans le nord-ouest du Pacifique, et l'équipe ajoute qu'elle pense que le même processus aurait pu avoir lieu en Europe. "Dans les années 1700, il y avait 80 000 moulins en France", explique Walter.

Si cette reconstitution des événements est vraie, alors des millions de dollars ont été dépensés pour essayer de ramener les cours d'eau à un état artificiel: leur état après la chute des anciens barrages, plutôt qu'avant leur construction.

Dans un projet provisoirement prévu pour l'été 2008 en Pennsylvanie, Walter et Merritts travaillent avec des restaurateurs pour essayer d'éliminer tous ces sédiments modernes jusqu'aux zones humides de l'Holocène en dessous. Ils pensent que cela permettra le retour des anciens marais, diminuant la charge de sédiments et de nutriments dans les cours d'eau et empêchant certains des problèmes observés aujourd'hui à cause d'un excès de sédiments déversés dans la mer.

Tout change

Sean Smith, qui examine les propositions de restauration des rivières pour le département des ressources naturelles du Maryland à Annapolis, affirme que les travaux ont déjà eu un impact sur le terrain. "Il y a déjà des propositions qui sont essentiellement du dragage de vallée, où ils veulent terrasser vers la forme précoloniale", dit-il.

Dans certains de ces projets, les restaurateurs ont été surpris et heureux de constater que les plantes des zones humides enfouies sous des charges de sédiments pendant des centaines d'années sont toujours viables et commencent à repousser.

Mais le changement de mentalité n'est pas nécessairement une bonne chose. Margaret Palmer, écologue des rivières et de la restauration à l'Université du Maryland à College Park, craint que l'effet de la recherche ne soit de remplacer un paradigme rigide par un autre - aucun ne prenant en compte la nature changeante du paysage. "Tout change. Nous avons défriché des arbres; nous avons radicalement changé la quantité d'eau dans ces cours d'eau. Si notre objectif est de réduire la charge de sédiments, nous devrions nous concentrer sur cela et ne pas nous soucier de donner au cours d'eau la même apparence qu'au moment de la pré-colonisation, car rien d'autre n'est identique à ce qu'il était avant la colonisation", dit-elle.

Dave Rosgen, un restaurateur de rivières bien connu à Fort Collins, Colorado, est d'accord. "Ce que je suggère, c’est que nous n’essayons pas de faire en sorte que la restauration corresponde à un état 'vierge', car les rivières doivent être stables dans les conditions actuelles dans lesquelles elles se trouvent."

A lire dans le cas français

Rivières hybrides, quand les gestionnaires français ignorent trois millénaires d'influence humaine (Lespez 2015)

Huit siècles dans la vie d'un ruisseau (Leblé et Poirot 2019)

Quels facteurs de stress expliquent les variations de l'état écologique des rivières européennes? (Lemm et al 2021)

Une nouvelle étude menée sur 50 000 tronçons de rivière en Europe suggère que les dégradations relatives de l'état écologique de l'eau au sens de la directive-cadre européenne s'expliquent à 34% par l'excès de nutriment (nitrates, phosphore), 26% par la présence de polluants toxiques, 23% par la morphologie (au sens d'usage des sols du bassin versant par l'urbanisme et l'agriculture), 16% par l'hydrologie (déviation du régime naturel de débit par extraction, dont barrage-réservoir). Cette recherche confirme que la pollution des eaux et l'artificialisation des sols sont les premiers facteurs à contrôler. Evidemment très loin du récit fantasmatique des gestionnaires publics de l'eau insistant en France sur les discontinuités liés à des ouvrages anciens de moulins et d'étangs, tout en faisant croire indûment aux citoyens et aux décideurs que la "morphologie" concernerait au premier chef ces ouvrages. 

Les zones étudiées et leur état écologique DCE 2000, extrait de Lemm et al 2021, art cit

Malgré un nombre croissant d'études sur les multiples effets de stress dans les systèmes aquatiques, l'état des connaissances reste incomplet. La plupart des analyses portant sur les effets des impacts humains combinent deux ou trois facteurs. De tels résultats expérimentaux ne sont pas nécessairement bien mis à l'échelle dans l'espace et dans le temps, car ils ne sont qu'un instantané d'un contexte particulier à un moment donné. De plus, la plupart des masses d'eau sont souvent affectés par plus de trois facteurs de stress. Les études de terrain à l'échelle régionale ont donné des résultats contradictoires, même en ciblant une zone identique. Le rôle de la qualité de l'eau par rapport à l'hydromorphologie pour l'état écologique reste controversé avec des résultats dépendant de la sélection, de la résolution spatio-temporelle et de la qualité des données sur les facteurs traités dans l'analyse.

Jan U. Lemm et ses collègues apportent une nouvelle pierre à cet édifice complexe de la désintrication des facteurs modifiant l'état écologique tel que défini par la directive cadre européenne 2000 sur l'eau. La DCE prend le biote en entrée d'analyse (c'est-à-dire les taxons de poissons, insectes, plantes, micro-organismes dans le milieu aquatique) et déduit des altérations sur la qualité de ce biote. Voici le résumé des travaux de ces chercheurs :

"Le biote des rivières européennes est affecté par un large éventail de facteurs de stress qui nuisent à la qualité de l'eau et à l'hydromorphologie. Environ 40% seulement des cours d’eau européens atteignent un «bon état écologique», un objectif fixé par la directive-cadre européenne sur l’eau (DCE) et indiqué par le biote. On ne sait pas encore comment les différents facteurs de stress affectent de concert l'état écologique ni comment la relation entre les facteurs de stress et l'état diffère entre les types de rivières. 

Nous avons lié l'intensité de sept facteurs de stress aux données récemment mesurées sur l'état écologique de plus de 50000 unités de sous-bassin (couvrant près de 80% de la superficie de l'Europe), qui étaient réparties entre 12 grands types de rivières. Les données sur les facteurs de stress ont été soit dérivées de données de télédétection (étendue de l'utilisation des terres urbaines et agricoles dans la zone riveraine), soit modélisées (modification du débit annuel moyen et du débit de base, charge totale de phosphore, charge totale d'azote et pression toxique du mélange, une métrique composite pour les substances toxiques), tandis que les données sur l'état écologique ont été tirées des rapports nationaux des deuxièmes plans de gestion des bassins hydrographiques de la DCE pour les années 2010-2015. Nous avons utilisé des arbres de régression accélérée pour relier l'état écologique aux intensités des facteurs de stress. 

Les facteurs de stress expliquaient en moyenne 61% de la déviance de l'état écologique pour les 12 types de rivières, les sept facteurs de stress contribuant considérablement à cette explication. En moyenne, 39,4% de la déviance s'expliquait par une hydromorphologie altérée (morphologie: 23,2%; hydrologie: 16,2%), 34,4% par un enrichissement en nutriments et 26,2% par des substances toxiques. Plus de la moitié de la déviance totale était expliquée par l'interaction des facteurs de stress, l'enrichissement en nutriments et les substances toxiques interagissant le plus fréquemment et le plus fortement. Nos résultats soulignent que le biote de tous les types de cours d'eau européens est déterminé par de multiples facteurs de stress concomitants et interagissants, étayant la conclusion que des stratégies de gestion fondamentales à l'échelle du bassin versant sont nécessaires pour atteindre l'objectif ambitieux d'un bon état écologique des eaux de surface."

Ce graphique montre le poids estimé des impacts selon les types de rivières (de plaine, de moyenne altitude, de montagne ; grands fleuves ; méditerranéennes ; géologie sédimentaire ou cristalline):

Le poids des facteurs de stress dans la variance de l'état écologique DCE, extrait de Lemm et al 2021, art cit.

Discussion

Quand la morphologie et l'hydrologie sont séparées, cette étude confirme que l'enrichissement en nutriments et la présence de toxiques sont les deux premiers prédicteurs de baisse de qualité écologique au sens de la DCE : "les trois catégories de facteurs de stress «hydromorphologie» (y compris l’utilisation des terres riveraines), «nutriments» et «substances toxiques» affectent l’état écologique des cours d’eau européens dans un rapport approximatif de 1,5 à 1,3 à 1,0. Si la morphologie et l'hydrologie sont séparées, le rapport est de 1,3 (nutriments) à 1,0 (substances toxiques) à 0,9 (morphologie) à 0,6 (hydrologie)."  Ce n'est pas nouveau, les mêmes facteurs de variance ont été observés en France dans des analyses à grande échelle aussi (voir Villeneuve et al 2015). 

Par ailleurs, cette étude rappelle ce que les chercheurs entendent par morphologie ou hydromorphologie: ce n'est pas au premier au premier chef la présence d'ouvrages anciens en rivière, comme le prétendent en France les administrations et lobbies de la casse des moulins et étangs, mais d'abord les usages des sols du bassin versant (agriculture, urbanisation) et les extractions d'eau diminuant le débit naturel de base des rivières (notamment des barrages d'irrigation). Il paraît de plus en plus clair que l'acharnement français à détruire les ouvrages est une diversion de l'impuissance française à réduire des polluants agricoles, urbains et domestiques, ce qui représente évidemment une autre ambition et un autre coût que l'image symbolique d'une pelleteuse cassant une chaussée de moulin...

Notons enfin que 40% de la variance du score écologique n'a pas d'explication claire. Cela devrait inciter le gestionnaire à un peu d'humilité quand il prétend expliquer par quelques règles généralistes la diversité des rivières et de leurs peuplements. Cela devrait aussi inciter l'Union européenne à réviser la directive cadre de 2000, qui a été lancée sur des bases naïves et contestées concernant la possibilité de définir partout des "états de référence" des rivières. 

Référence : Lemm JU et l (2021), Multiple stressors determine river ecological status at the European scale: Towards an integrated understanding of river status deterioration, Global Change Biology, epub doi.org/10.1111/gcb.15504

Les castors créent des habitats lentiques et modifient les peuplements de la rivière (Wojton et Kukuła 2020)

Deux chercheurs analysant sept retenues de barrages de castor sur des rivières de plaine montrent que les ouvrages des rongeurs modifient les peuplements d'insectes et autres invertébrés, grâce à la création de zones lentiques. C'est exactement ce qui est reproché en France aux ouvrages des humains. Comme si la rivière ne devait être qu'un écoulement rapide et sans obstacle de la source à la mer...

Andrzej Wojton et Krzysztof Kukuła (université de Rzeszów) ont étudié l'évolution des invertébrés sur des rivières de plaine peuplées par des castors européens (Castor fiber) y ayant construit des barrages.

Voici le résumé de leur étude :

"Les castors sont une exception parmi les animaux en termes d'ampleur des transformations environnementales qu'ils réalisent. Cette étude a examiné les principaux facteurs environnementaux influençant la présence d'invertébrés aquatiques dans les cours d'eau de plaines habités par le castor eurasien. 

L'étude a été menée dans deux ruisseaux forestiers habités par des castors et dans un ruisseau inhabité. Dans les ruisseaux habités par des castors, l'étude a couvert sept retenues. Des sections avec de l'eau courante ont également été analysées en aval et en amont des retenues. Des échantillons de benthos et d'eau ont été prélevés sur chaque site. La concentration et la saturation en oxygène dissous (OD) étaient les seuls paramètres physico-chimiques indiquant une diminution de la qualité de l'eau dans les retenues de castors. Les communautés benthiques des différentes retenues de castors étaient similaires. 

Les taxons qui ont exercé la plus grande influence sur la similitude de la faune d'invertébrés dans les retenues étaient les Oligochaeta et Chironomidae. Les ostracodes étaient également abondants dans les retenues, alors qu'ils étaient peu nombreux dans les sections courantes. Les éphémères (Cloeon) et les trichoptères appartenant à la famille des Phryganeidae étaient également étroitement associées aux retenues. Les trichoptère Plectrocnemiea et Sericostoma, les éphémères Baetis et les mouches des pierres Nemourella et Leuctra présentaient la corrélation la plus élevée avec les concentrations d'OD, ce qui est typique des sections courantes, et évitaient les fragments de cours d'eau endigués par les castors. Les bivalves (Pisidium) était également abondants dans chacun des cours d'eau le long des sections courantes. Le plus grand nombre de taxons et la plus grande diversité taxonomique ont été observés dans les sections s'écoulant sous les retenues de castors. 

L'activité d'ingénierie des castors a transformé les cours d'eau de plaine étudiés, entraînant le développement de communautés rhéophiles et stagnophiles d'invertébrés aquatiques, respectivement dans des sections à écoulement libre et endigué."

Discussion

Sans surprise, on observe que les barrages des castors créent des habitats lentiques avec une faune invertébrée s'adaptant à ces nouvelles conditions, tandis que les zones lotiques du bassin divergent dans leurs assemblages d'espèces. Il se passe exactement la même chose avec certains barrages des humains, en particulier les chaussées modestes et anciennes, qui ont de nombreux traits communs avec les ouvrages des rongeurs aquatiques. La soi-disant "dégradation" des milieux de la rivière au droit de ces ouvrages y est bien souvent une variation locale de peuplement en réponse à des variations d'écoulement, sédiment, hauteur et largeur de lit. Pourquoi se féliciter des effets des ouvrages de castors (qui étaient des dizaines de millions en Eurasie avant leur extermination, mais qui reviennent aujourd'hui du fait de leur protection) pour déplorer ceux des ouvrages humains? 

Référence : Wojton A et K Kukula (2020), Transformation of benthic communities in forest lowland streams colonised by Eurasian beaver Castor fiber (L.), Int Rev Hydrobiology, doi:10.1002/iroh.202002043

Les moulins alimentent les sols, aquifères et zones humides lors des saisons pluvieuses

Sur certains bassins versants, les biefs des moulins forment les dernières annexes hydrauliques de la rivière en lit majeur. Ces canaux sont le lieu d'échanges d'eau toute l'année. En saison pluvieuse, l'eau excédentaire s'y diffuse, gorge les sols et aquifères, nourrit des zones humides. Une connaissance et une gestion de ces phénomènes peuvent avoir des rôles très bénéfiques pour le stockage de l'eau d'hiver et pour l'amélioration des habitats du vivant aquatique. Le monde des moulins doit documenter sur site ces phénomènes actuellement ignorés de l'expertise publique, pour demander qu'ils soient étudiés plus systématiquement dans le cadre de la gestion de l'eau en phase d'adaptation au changement climatique.

La saison des pluies est revenue. Mais où vont ces précipitations? Si le ruissellement superficiel ne permet pas de stocker, l'eau file rapidement dans la rivière, qui l'amène vers l'océan. Cette eau non retenue ne sera pas disponible à la prochaine saison sèche. Ces dernières années ont montré que de nombreuses régions de France subissent des sécheresses importantes, dont il est probable qu'elles deviendront plus intenses et plus fréquentes dans les décennies à venir.

Pour remplir les nappes alluviales du lit majeur de la rivière et les nappes libres dans les aquifères du sous-sol, il faut donc retenir l'eau et non chercher à accélérer son écoulement dans la rivière, puis vers la mer.

Parmi les aménagements qui aident cette rétention, on compte notamment les moulins, leur retenues et leurs biefs. Le cas est particulièrement favorable si le moulin est aménagé et géré pour optimiser cette fonction de rétention d'eau.

Ce schéma montre le principe de stockage en surface et sol de l'eau autour d'un système de moulin.

Les pluies d'hiver permettent d'observer le phénomène de surface. En voici un exemple sur un site.

Bief se gorgeant d'eau les jours de crue.

Débordement de déversoir

Mouille sur sol saturé.

Mares en pied de bief.

Nous incitons les propriétaires de moulins (ou étangs et plans d'eau) à documenter les cycles de l'eau sur leur site. Les associations et fédérations doivent demander aux services de l'Etat de procéder à des études hydrologiques et écologiques de ces réalités, qui sont actuellement totalement négligées. Il existe des dizaines de milliers de moulins (davantage d'étangs et plans d'eau), ce qui représente un linéaire non négligeable de biefs. Sur certaines rivières, les réseaux de biefs de moulins dérivés par leurs ouvrages forment les dernières annexes hydrauliques du lit majeur en lit majeur, en raison des incisions de lits et rehausses de berges, des drainages agricoles, des artificialisations urbaines.

Comment nos arrière-grands-parents exploitaient les rivières de tête de bassin en Bourgogne (Jacob-Rousseau et al 2016)

Quatre auteurs ont étudié l'exploitation agricole et industrielle des bassins de l'Arroux, de la Grosne et de la Petite Grosne à la fin du 19e siècle. Ils concluent que la pression sur la ressource en eau liée à l'hydraulique et les petites discontinuités écologiques étaient plus marquées voici 100 ans qu'elles ne le sont aujourd'hui. Leur travail permet aussi d'observer qu'une proportion importante des écoulements de tête de bassin relève de milieux artificiels et non naturels: cela forme une réalité hybride, co-construite à la rencontre de la nature, de l'économie et de la société, pendant plusieurs siècles d'occupation. On en trouve aujourd'hui la trace persistante dans un réseau de retenues, biefs et canaux dont beaucoup se sont peu à peu et spontanément renaturés après la fin de leur exploitation économique. Mieux comprendre l'histoire environnementale permet de relativiser certains discours hâtifs voire simplistes tenus aujourd'hui par une écologie administrative ou militante qui parle beaucoup des ouvrages hydrauliques, mais qui connaît finalement très peu leur réalité, faute d'analyse sérieuse. 

Nicolas Jacob-Rousseau, Fabien Météry, Charles Tscheiller et Oldrich Navratil ont étudié l'histoire environnementale de trois bassins versants de Bourgogne (Arroux, Grosne, Petite Grosne), en particulier l'expansion de l'hydraulique agricole et industrielle au 19e siècle, période de la présence démographique la plus importante et de l'exploitation économique la plus diffuse de l'eau dans ces campagnes.

L’Arroux, tributaire de la Loire, la Grosne et la Petite Grosne, tributaires de la Saône, ont des bassins de taille inégale : 1798 km2 pour l’Arroux à Étang-sur-Arroux, 465 km2 pour la Grosne à Massilly, 125 km2 pour la Petite Grosne à son confluent avec la Saône. Les régimes d’écoulement présentent une abondance de saison froide et des étiages estivaux assez marqués (ponction de l’évapotranspiration), avec des situations d’étiages prononcés en juillet, août et septembre.

Les auteurs font observer à propos de leur objet d'étude : "les cours d’eau des bassins de l’Arroux et des deux Grosnes appartiennent au domaine océanique dégradé et sont, à l’exception des quelques tributaires de l’Arroux qui drainent le Morvan, des organismes de faible énergie où, autre élément de distinction, les sites hydrauliques remontent très souvent à l’époque médiévale ou au début des temps modernes  (...) ces types de vallées concentrent aujourd’hui l’attention des projets de restauration et que les enjeux de conservation de l’héritage hydraulique y sont les plus discutés".

La base documentaire a été formée de L’Atlas des irrigations et des usines, constitué entre 1861 et 1901 dans chaque département (AN - série F10), qui recense toutes les prises d’eau existant alors et indique les débits moyens dérivés, la longueur des canaux collectifs, les forces motrices ainsi que les superficies arrosées. Les cartes (Cassini, État-Major, IGN) ou les cadastres ont été mobilisés pour confirmer les sites et des caractéristiques techniques (longueur des biefs et tronçons court-circuités) ont été vérifiées par des observations sur le terrain.

Cette carte montre le débit des eaux motrices dérivées pour usage industriel à la fin du 19e siècle (1879 Grosne, 1881 Arroux). On observe la très forte expansion des débits canalisés par rapport aux tronçons naturels.

Cette carte montre les surfaces des prairies irriguées en hectares par commune à la fin du 19e siècle (1879 Grosne, 1881 Arroux)

Les auteurs soulignent qu'à cette époque, le double usage agricole et industriel de l'eau soulevait des tensions récurrentes :

"Le seul fait que toute amélioration technique entreprise par un industriel ait immanquablement suscité l’inquiétude voire l’opposition des riverains du voisinage témoigne du degré de sensibilité de la société à la question de l’eau. La crainte que le remous d’un barrage rehaussé produisît une submersion de prairies riveraines était un motif récurrent de protestation. Mais les tensions les plus fortes furent relatives au partage des eaux car les dérivations industrielles ou les prélèvements agricoles entraînèrent à plusieurs reprises l’asséchement temporaire de certains tronçons de cours d’eau. Ainsi les archives signalent-elles le phénomène dans le Ternin en 1862, l’Arroux à Dracy-Saint-Loup en 1870, le ruisseau de Manlay en 1883, celui de Blanot en 1913 ou encore en 1858 et1859danslaGrosne(AD71,7S3et4).En août 1858, un arrêté préfectoral, invoquant une situation de sécheresse exceptionnelle depuis une année et le préjudice que les prélèvements agricoles faisaient subir aux industriels, exige la suppression de tous les barrages agricoles construits sans autorisation, sur toutes les rivières du département de Saône- et-Loire" 

Voici une des conclusions de leur travail :

"Les documents et informations utilisés montrent que l’exploitation agricole et industrielle des eaux au XIXe siècle engendrait une pression non négligeable sur les écoulements. Les éléments de plusieurs ordres (statistiques, textuels, hydrologiques) semblent assez concordants et permettent même d’envisager les aspects spatiaux. Comme l’ont montré les travaux qui ont déjà été menés sur cette question (Berger, 1998 ; Jacob, 2005), les pratiques agricoles sollicitaient fortement les écoulements et aggravaient les situations de faible débit. À bien des égards, l’équipement industriel comme l’extension des prés paraissent avoir été étroitement ajustés aux ressources, induisant une tension latente qui commence à se relâcher dans les premières décennies du XXe siècle, avec les recompositions démographiques et économiques de l’Entre-deux-guerres ; les conflits disparaissent alors des archives. L’impression qu’une situation de blocage avaient été atteinte avant 1914 concorde avec le diagnostic pessimiste que firent maints ingénieurs du Service hydraulique au XIXe siècle : les conflits, les droits d’eau préexistants, la densité des prises d’eau ne permettaient plus guère à de nouvelles initiatives ou à des projets d’irrigation collective de s’immiscer dans des espaces hydro-agricoles saturés (Jacob-Rousseau, 2015). Ceci invite à considérer aussi avec un autre regard le passé des hydrosystèmes, qui n’étaient pas exempts de fortes perturbations ou de discontinuités de l’écoulement. D’autre part, la déprise rurale et industrielle fait que les écoulements sont aujourd’hui bien moins sollicités dans ces bassins qu’ils l’étaient à la fin du XIXe siècle."

Discussion

Plus nous étudions l'histoire et l'archéologie environnementales, mieux nous mesurons que les modifications humaines des milieux ne sont pas propres à notre époque ni même forcément à l'accélération de la société industrielle de consommation dans les 30 glorieuses. En réalité, dans des zones anciennement et densément peuplées comme l'Europe occidentale, l'usage des ressources a été toujours été présent. Une part importante des écoulements en tête de bassin de Bourgogne est ainsi d'origine artificielle (retenues, biefs, canaux, fossés), avec un recul de l'activité industrielle / agricole ayant pu engager des renaturations partielles et spontanées de ces milieux. 

Contrairement à ce que dit une vulgate simpliste de certains experts administratifs de l'eau, les discontinuités écologiques d'origine humaine ne sont pas une pression qui augmente partout dans le temps et dans l'espace: elle était plus forte au 19e siècle qu'elle ne l'est aujourd'hui dans nombre de têtes de bassin ayant subi depuis l'exode rural et le développement de nouvelles industries ne dépendant pas de l'eau locale. Du même coup, faire reposer la causalité d'un déclin récent de biodiversité sur ces ouvrages est assez douteux : à tout prendre, si déclin il y a eu, il serait corrélé au recul et non à l'avancée de la petite hydraulique depuis 100 ans ; il faudrait déjà disposer d'estimation fiable de cette biodiversité sur des séries longues, ce qui est loin d'être le cas et ce qui autorise certains à parler dans le vide des données... 

Ce qui a changé entre la fin du 19e siècle et le début du 21e siècle n'est généralement pas la hausse des usages hydrauliques locaux de tête de bassin, mais plutôt d'autres phénomènes : changement climatique, apparition des polluants de synthèse bien plus nombreux et diffus, évolutions de certaines pratiques culturales et drainage de zones humides, artificialisation de lits majeurs dans les zones urbaines et péri-urbaines.

Référence :Jacob-Rousseau N et al (2016), La petite hydraulique agricole et industrielle, de l’histoire économique à l’évaluation quantitative des pressions sur les écoulements, XIXe – début XXe siècle. Bassins de l’Arroux, de la Grosne et de la Petite Grosne (Bourgogne, France), BSGLg, 67, 143-160

La propagande simpliste des agences de l'eau

L'activité humaine modifie la nature, c'est mal. Supprimer les activités humaines respecte la nature, c'est bien. Effaçons le passé pour construire un avenir radieux. Ce discours simpliste et binaire est le fait non de quelques militants égarés mais des très officielles agences de l'eau sur leur nouveau site de propagande, En immersion. Il est consternent de diffuser au public un récit si pauvre de la rivière et une approche si caricaturale de l'écologie. Les agences étant le bras financier des politiques de l'eau, il sera difficile de faire croire à la possibilité d'une politique "apaisée" des rivières aménagées avec cette persistance de bureaucraties exprimant une idéologie de destruction des ouvrages hydrauliques et des apports de ces ouvrages à la société. Mais les riverains qui voient un peu partout les cours d'eau à sec sous les canicules commencent peut-être à comprendre où mènent ces divagations... 

Voici ce que dit le site des agences de l'eau (italiques) dans sa page sur la restauration  et nos commentaires.

« C’était mieux avant »… Une citation loin d’être applicable aux cours d’eau qui ne cessent d’être chamboulés depuis plusieurs siècles. Mais pourquoi vouloir changer l’ordre établi ? Pour le bien de tous !

La faute aux activités humaines !
Les cours d’eau sont aménagés par l’Homme depuis le Moyen-Âge et même avant. Mais c’est à partir du milieu du XIXe siècle, et surtout au XXe siècle, qu’ont été réalisés les aménagements les plus lourds et les plus étendus. C’était la solution pour satisfaire les besoins humains, avec les techniques et les connaissances de l’époque.

• navigation
• régulation des crues
• production d’énergie
• adduction d’eau
• aménagement agricole et urbain du territoire

Cette description correspond toujours à des réalités: la plupart des rivières sont aménagées en Europe comme dans le monde, afin de répondre à divers besoins ou choix des sociétés humaines. L'aménagement des rivières a commencé dès le néolithique puisque l'humain sédentaire a dû maîtriser le cycle de l'eau pour son alimentation, son hygiène, son agriculture et son artisanat. Puis sont venus d'autres enjeux au fil de l'évolution de ces sociétés. Aujourd'hui, les enjeux majeurs sont la production d'énergie bas carbone, la gestion des aléas hydro-climatiques (crues, sécheresses), l'appropriation de l'eau par les territoires dans une logique de développement durable équilibrant environnement, économie et société. L'idée qu'il existerait une communauté humaine sans aucune interaction avec les milieux en eau est évidement insoutenable : si l'agence de l'eau veut expliquer l'écologie au public, elle doit commencer par exposer les conclusions actuelles de l'écologie scientifique, à savoir que les milieux aquatiques et rivulaires sont modifiés depuis plusieurs millénaires par les activités humaines, qu'ils sont modifiés (en premier ordre) en proportion de la démographie et de le prospérité des sociétés. Enfin, les agences de l'eau désignent les aménagements du 20e siècle comme les plus lourds mais financent partout la destruction ou l'assèchement des aménagements d'ancien régime intégrés de longue date dans le milieu local (retenues et biefs de moulin, étang, canaux d'irrigation gravitaire, etc.). Ces milieux possèdent aussi des biodiversités et fonctionnalités, dont la négation conduit à des mauvaises politiques.

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L'apparition de nouveaux problèmes
Rapidement, les pêcheurs se sont inquiétés des conséquences des barrages et des pollutions sur les poissons. Les progrès de la connaissance et l’évolution des sociétés ont ensuite montré que les rivières aménagées ne satisfaisaient pas durablement l’ensemble des besoins économiques et sociaux.
Les aménagements ont aussi pu créer de nouveaux problèmes : baisse de la capacité auto-épuratoire des rivières, dégâts plus importants lors des crues du fait des ruptures de digues, obstacles à la circulation des poissons (et notamment des poissons migrateurs), etc.

Le seul public cité comme exprimant un problème avec la rivière aménagée est celui des pêcheurs. Ce qui n'est que partiellement exact puisque les milieux aquatiques artificiels comme les étangs et les lacs sont co-gérés par des sociétés de pêche. Ce sont les lobbies de pêcheurs de salmonidés (migrateurs) qui ont surtout des problèmes avec les aménagements, en lien aux ruptures de continuité (barrage), mais ce sujet reste assez périphérique au plan de la représentativité sociale du public concerné. La baisse de la capacité épuratoire des rivières est une légende ou une "fake news" comme on dit aujourd'hui (ce qu'une agence de l'eau a fini par admettre après nos protestations à ce sujet) : la rivière n'a jamais été une station d'épuration où nous pourrions mettre sans dommage des toxiques, les ouvrages tendent en général à favoriser l'élimination de certains intrants, le fait de disperser plus vite des pollutions vers l'aval ou l'estuaire n'a guère d'intérêt. Quant à citer la rupture de digues comme "preuve" qu'elles ne remplissent pas leur rôle anti-crue, c'est une mauvaise foi évidente: autant dire que le vélo, la voiture, le train ou l'avion n'apportent aucun bénéfice de transport car de temps en temps ils provoquent des accidents! En réalité, la gestion des crues et sécheresses a toujours fait appel à des aménagements, c'est une des raisons pour lesquelles les profils actuels de nos bassins versants n'ont plus rien de "naturels" au sens de non modifiés par les humains dans l'histoire. Et l'actualité nous rappelle tristement ce que signifie l'absence de maîtrise de l'eau en situation d'aggravation des sécheresses et des vagues de chaleur.

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Une réhabilitation nécessaire
L’artificialisation des rivières nous oblige aujourd’hui à intervenir pour restituer tout ou partie les services dégradés par les aménagements, parfois au prix d’impacts financiers, économiques et sociaux très élevés. En outre, face au dérèglement climatique, redonner un fonctionnement naturel aux rivières apparaît comme une mesure tout à fait pragmatique. C’est la garantie de bénéficier le plus possible des services gratuits rendus par la nature et rendre ainsi nos territoires plus résilients.

Là encore, ces assertions sont des arguments d'autorité sans logique. Le fait d'avoir une rivière dite "naturelle" dont on a supprimé les ouvrages fait disparaître les avantages économiques, sociaux et écologiques issus de ces ouvrages, comme l'irrigation, la navigation, l'énergie, le soutien d'étiage, l'agrément paysager, les loisirs, le rafraîchissement local de l'air ambiant, la biodiversité propre aux milieux anthropisés. De nombreux travaux de recherche montrent ces réalités, un passage en revue récent de la littérature scientifique a énuméré ces services rendus (Clifford et Hefferman 2018).  L'analyse des services rendus par les écosystèmes montre aussi que l'aménagement raisonné de ces écosystèmes fait partie des services valorisés par les humains. Affirmer sans preuve que la société tire des bénéfices de la destruction des aménagements qu'elle a créés ne peut constituer un discours public, à moins que ce discours devienne un charabia militant.

Conclusion : les agences de l'eau s'enferment dans une propagande qui vise à diffuser une idéologie administrative, celle de la "renaturation" des milieux aquatiques. Cette idéologie est sans rapport aucun avec la manière dont la loi définit la gestion équilibrée et durable de l'eau, donc l'intérêt général des citoyens. Elle est sans rapport non plus avec l'évolution de la connaissance scientifique, qui ne valide plus des oppositions stériles entre rivières naturelles et rivières aménagées, solutions fondées sur la nature et solutions fondées sur la technique. Elle est enfin issue des choix de fonctionnaires non élus, dont on se demande pourquoi ils se permettent ainsi de réécrire les normes et d'imposer leur vision des cadres de vie. La démocratie de l'eau doit être restaurée autant que la qualité de l'eau, ce qui passe par un contrôle réel des élus sur les administrations et par une représentation correcte de la société dans les comités de bassin des agences de l'eau.

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Faiblesse scientifique, dimension subjective et résultats incertains des chantiers de restauration de rivière en France (Morandi et al 2014)

Lire notre rubrique "agence de l'eau" pour la chronique des résultats médiocres et dérives nombreuses de ces établissements administratifs.

Lire notre rubrique "idées reçues" pour des réponses détaillées et référencées aux assertions fausses ou incomplètes du discours public sur les ouvrages en rivière.