Trajectoire fonctionnelle (hydrogéomorphologique, biologique) des petites rivières périurbaines d'Île-de-France

par Lucile De Milleville

Projet de thèse en Sciences et Techniques de l'Environnement

Sous la direction de Laurent Lespez.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec LGP -- UMR CNRS 8591 LGP / Equipe UPEC (laboratoire) depuis le 03-09-2018 .


  • Résumé

    Depuis les années 2000, les projets de restauration de rivières se sont considérablement développés. Ils font suite à la Directive Cadre sur l'Eau (DCE, 2000) imposant aux États membres l'atteinte d'un « bon état écologique » des masses d'eau d'ici 2027, ajoutant ainsi la restauration écologique aux enjeux de la gestion des rivières. La restauration écologique des rivières est définie comme « une grande variété de mesures et pratiques écologiques, physiques, spatiales et de gestion, dont l'objectif est de restaurer l'état et le fonctionnement naturels du système fluvial pour favoriser la biodiversité, la régénération, la gestion des crues et le développement du paysage » . Elle implique une gestion globale de l'hydrosystème, c'est-à-dire de la morphologie de la rivière mais aussi des fonds de vallées et des zones humides et inondables. Cependant, depuis plusieurs millénaires, les activités humaines ont profondément transformé les cours d'eau et leurs plaines alluviales en Europe et notamment en Île-de-France (Brown et al., 2018 ; Jugie et al., soumis) : l'objectif de l'état naturel apparaît dès lors inadapté (Notebaert et al., 2018). Aussi l'objectif d'un projet de restauration est un état ou un fonctionnement de référence pour lequel la compréhension du système actuel, et son positionnement dans une trajectoire fonctionnelle, est susceptible d'apporter des informations cruciales aux gestionnaires. Dans les espaces périurbains, aux transformations de l'agriculture (intensification) et des réseaux de transport, qui impactent la plupart des bassins versant européens, s'ajoutent les conséquences de l'étalement urbain. En effet, celui-ci s'est généralisé et les surfaces imperméabilisées ont été multipliées, augmentant ainsi le risque de ruissellement et la production hydrologique (e.g. Navratil et al., 2013 ; Schmitt et al., 2016) malgré les politiques récentes qui luttent contre leur extension . Cette pression engendre une dégradation écologique forte par le biais de l'augmentation des rejets urbains et agricoles. Ainsi, en 2015, l'état écologique du réseau hydrographique d'Île-de-France était, à 56 %, en classe moyen à médiocre contre seulement 18 % classé comme bon ; cette dégradation touche particulièrement les petites rivières périurbaines . Il s'agit de cours d'eau de petites dimensions (quelques mètres de large), caractérisés par une faible énergie et des ajustements morphologiques à long terme. Ils constituent la majeure partie du chevelu hydrographique francilien. Ces rivières sont également caractérisées par leur statut de cours d'eau non domanial, par la pluralité d'acteurs publics et privés qu'elles mobilisent et par la diversité des situations géographiques dans lesquelles elles s'insèrent (degré d'urbanisation, nature du bassin versant et des alimentations hydrologiques, etc.). Les dynamiques fluviales qui leur sont propres demeurent aujourd'hui mal connues (Jugie et al., soumis), l'attention ayant été surtout accordée aux grands corridors fluviaux (comme le montrent les principaux programmes du PIREN-Seine). Ce projet de thèse a donc pour objectif de contribuer à une meilleure compréhension des petites rivières périurbaines en Île-de-France, en apportant des connaissances inédites sur l'impact de l'anthropisation des cours d'eau et de leur bassin sur les deux derniers millénaires afin de restituer leur trajectoire hydromorphologique et biologique et de contribuer ainsi à la définition des projets de restauration. L'intégration des études paléoenvironnementales au sein des projets de restauration, encore très peu pratiquée, permettrait (1) de comprendre la part et le rôle des héritages morphosédimentaires sur la dynamique contemporaine, (2) de situer le fonctionnement contemporain du système fluvial dans une trajectoire biophysique afin d'identifier les seuils dans le fonctionnement des hydrosystèmes et d'anticiper certains changements de dynamique et (3) d'alimenter la discussion sur le fonctionnement de référence ou les états attendus, et sur la durabilité de la restauration écologique (Lespez et al., 2015). Trois sous-objectifs sont donc définis : 1. Caractériser les trois cours d'eau avant leur transformation par les sociétés et contribuer à la réflexion sur une évolution de la trajectoire fonctionnelle utilisable par les gestionnaires 2. Mesurer la part des héritages sédimentaires (charge de fond, sédiments de la plaine alluviale, matériaux des berges) et biologiques (végétation rivulaire, faune) dans le fonctionnement contemporain et futur de ces hydrosystèmes 3. Positionner la situation contemporaine dans une trajectoire globale afin d'être en mesure d'agir sur les ajustements hydrosédimentaires et écologiques (dégradation ou requalification) en tenant compte du développement de l'urbanisation, des politiques de restauration écologique, et du changement climatique. Terrain d'étude. Trois petites rivières périurbaines ont été choisies : la Biberonne (Seine-et-Marne), la Mérantaise (Yvelines/Essonne) et le Morbras (Seine-et-Marne/Val-de-Marne). Ce choix correspond à la volonté de développer une approche qui consiste en la comparaison de l'évolution des pressions anthropiques contemporaines, sur plusieurs cours d'eau traçant un gradient d'urbanisation dans l'espace francilien. En effet, le contexte actuel du Morbras est fortement urbanisé (45% de surfaces artificialisées) alors que la Biberonne est située dans un bassin versant encore en grande partie agricole, et que la Mérantaise occupe une situation intermédiaire. Méthodes. La définition des trajectoires hydrosédimentaires et biologiques passées et actuelles des petits cours d'eau franciliens s'appuiera sur deux grands axes méthodologiques : (1) approfondir la caractérisation hydrosédimentaire et biologique contemporaine ; (2) approfondir l'analyse des archives sédimentaires. Les recherches sur ces trois cours d'eau pourront s'appuyer sur les travaux en cours au LGP et à l'IRSTEA, auxquels j'ai participé. Ils permettent en effet de caractériser les dynamiques hydrobiologiques contemporaines. Les investigations (terrain et laboratoire) s'appuieront dans chaque bassin versant sur un tronçon (100 à 1000 m de long) défini comme représentatif du système fluvial. Le choix des tronçons se fera d'après les connaissances des archives sédimentaires étudiées au LGP. Pour atteindre le premier objectif, une approche naturaliste de terrain sera pratiquée selon des méthodes valides (e.g. Grosprêtre, 2011, Schmitt et al., 2016). Il s'agira de caractériser l'hydrogéomorphologie comme la méthode CARHYCE , développée par l'AFB, le LGP (Gob et al., 2017) et la qualité biologique des milieux (I2M2 , indice poisson) en collaboration avec l'IRSTEA (Talès et al., 2017) et d'établir/compléter les connaissances sur les altérations hydrosédimentaires et macrobiologiques actuelles. Cette caractérisation permettra de préciser le référentiel régional de l'altération biophysique des petites rivières périurbaines. À partir des archives sédimentaires, trois autres études seront menées qui permettront (1) de déterminer les anciennes géométries et les paléo-débits associés (compétences des cours d'eau, fréquences de débordements) ; (2) de reconstituer la dynamique des paléohabitats associés ; et (3) de la faune et de la flore associées.

  • Titre traduit

    Functional (hydrogeomorphological, biological) trajectory of the small suburban rivers of Île-de-France


  • Résumé

    Since the 2000s, river restoration projects have grown considerably. They follow the Water Framework Directive (WFD, 2000) requiring Member States to achieve "good ecological status" of water bodies by 2027, thus adding ecological restoration to the stakes of water. river management. The ecological restoration of rivers is defined as "a wide variety of ecological, physical, spatial and management measures and practices, the purpose of which is to restore the natural state and functioning of the river system to promote biodiversity, regeneration, flood management and landscape development ". It implies a global management of the hydrosystem, that is to say, the morphology of the river but also the bottoms of valleys and wetlands and floodplains. However, for thousands of years, human activities have profoundly transformed rivers and their alluvial plains in Europe and especially in Île-de-France(Brown et al., 2018, Jugie et al., Submitted): the objective the natural state is therefore inappropriate (Notebaert et al., 2018). Also the objective of a restoration project is a reference state or operation for which the understanding of the current system, and its positioning in a functional trajectory, is likely to bring crucial information to the managers. In peri-urban areas, to the transformations of agriculture (intensification) and transport networks, which impact most European watersheds, are added the consequences of urban sprawl. Indeed, it has become widespread and the impervious surfaces have been multiplied, increasing the risk of runoff and hydrological production (eg Navratil et al., 2013, Schmitt et al., 2016) despite recent policies that are struggling against their extension. This pressure generates a strong ecological degradation through the increase of urban and agricultural discharges. Thus, in 2015, the ecological status of the Île-de-France hydrographic network was 56%, in the middle to poor class, compared to only 18% classified as good; this degradation particularly affects small peri-urban rivers. These are small streams (a few meters wide), characterized by low energy and long-term morphological adjustments. They constitute the major part of the hydrographic hairy Ile. These rivers are also characterized by their non-state watercourse status, by the plurality of public and private actors they mobilize and by the diversity of geographical situations in which they are embedded (degree of urbanization, nature of watershed and hydrological supplies, etc.). Their specific river dynamics are still poorly understood (Jugie et al., Submitted), with attention being given mainly to major river corridors (as shown by the main PIREN-Seine programs). This thesis project aims to contribute to a better understanding of small peri-urban rivers in Île-de-France, by bringing new knowledge on the impact of the anthropization of rivers and their basin on both last millennia in order to restore their hydromorphological and biological trajectory and thus contribute to the definition of restoration projects. The integration of paleoenvironmental studies into restoration projects, still very little practiced, would allow (1) to understand the role and role of morphosedimentary inheritances over contemporary dynamics, (2) to situate the contemporary functioning of the river system in a biophysical trajectory to identify the thresholds in the functioning of hydrosystems and to anticipate certain changes in dynamics and (3) to feed the discussion on the reference operation or expected states, and on the sustainability of ecological restoration (Lespez et al., 2015). Three sub-objectives are thus defined: 1. Characterize the three rivers before their transformation by the companies and contribute to the reflection on a change of the functional trajectory usable by the managers 2. Measure the share of sedimentary heritages (bottom load, alluvial plain sediments, shoreline materials) and biological (riparian vegetation, fauna) in the contemporary and future functioning of these hydrosystems 3. Position the contemporary situation in a global trajectory in order to be able to act on hydrosedimentary and ecological adjustments (degradation or requalification) taking into account the development of urbanization, ecological restoration policies, and climate change. Field of study. Three small suburban rivers were chosen: Biberonne (Seine-et-Marne), Mérantaise (Yvelines / Essonne) and Morbras (Seine-et-Marne / Val-de-Marne). This choice corresponds to the desire to develop an approach that consists in comparing the evolution of contemporary anthropic pressures, on several rivers tracing a gradient of urbanization in the Paris region. Indeed, the current context of Morbras is highly urbanized (45% artificialized surfaces) while the Biberonne is located in a watershed still largely agricultural, and that the Mérantaise occupies an intermediate situation. Methods. The definition of the past and current hydrosedimentary and biological trajectories of the small rivers of the Paris region will be based on two main methodological axes: (1) to deepen the contemporary hydrosedimentary and biological characterization; (2) deepen the analysis of sedimentary records. Research on these three rivers will be able to build on ongoing work at LGP and IRSTEA, in which I participated. They make it possible to characterize contemporary hydrobiological dynamics. The investigations (field and laboratory) will be based in each watershed on a section (100 to 1000 m long) defined as representative of the fluvial system. The choice of sections will be based on the knowledge of the sedimentary archives studied at the LGP. To achieve the first objective, a naturalistic field approach will be practiced according to valid methods (e.g. Grosprêtre, 2011, Schmitt et al., 2016). It will be a question of characterizing the hydrogeomorphology like the CARHYCE method, developed by the AFB, the LGP (Gob et al., 2017) and the biological quality of the media (I2M2, fish index) in collaboration with the IRSTEA (Talès et al., 2017) and to establish / complete knowledge of current hydrosedimentary and macrobiological alterations. This characterization will make it possible to specify the regional repository of the biophysical alteration of small suburban rivers. From the sedimentary archives, three other studies will be conducted that will allow (1) to determine the ancient geometries and associated paleo-flows (watercourse competence, overflow frequencies); (2) to reconstruct the dynamics of associated paleohabitats; and (3) associated fauna and flora.