Fonctionnement des écosystèmes et dynamique de la biodiversité

Chercheurs : M. Creuzé des Châtelliers, M-J. Dole-Olivier, J. Gibert, F. Malard

Etude à différentes échelles spatiales et temporelles l’influence de la diversité des échanges eaux de surface/eaux souterraines sur le transport, la rétention, la transformation des nutriments, et l’hétérogénéité environnementale et biologique le long du corridor fluvial ou au sein de différents types d’aquifères. Par exemple :

A l’échelle d’une alternance seuil/mouille (10 m), les résultats obtenus ont été confrontés aux prédictions d’un modèle théorique de la distribution des processus le long du cheminement interstitiel (flow path) des eaux de surface au sein d’un seuil. En accord avec le modèle, la consommation d’O2 est éminemment variable et aboutit selon la saison à une nitrification ou à une dénitrification le long du « flow path ». Contrairement aux prédictions, le COD (Carbone Organique Dissous) est adsorbé en tête de seuil et décroît le long du flow path; l’abondance et l’activité bactérienne dépendent plus de la sédimentation de carbone organique particulaire que de l’infiltration en tête de seuil de COD biodégradable.

A l’échelle de la plaine alluviale les recherches sur la rivière glaciaire du Val Roseg (0.67 km2) ont permis d’identifier les liens étroits existant entre l’origine et l’organisation spatiale des écoulements au sein du bassin versant (i.e. eaux nivales, endoglaciaires, sous glaciaires, et souterraines), le cycle d’expansion et de contraction du réseau hydrographique fluvial, et le développement saisonnier de l’hétérogénéité physico-chimique au sein de la plaine alluviale. Chacune des propriétés de l’hétérogénéité spatiale a été quantifiée à partir d’une approche originale fondée sur l’utilisation de cartes et d’indices du paysage. Dans cet hydrosystème, le cycle saisonnier de l’hétérogénéité spatiale traduit l’action prépondérante de facteurs hydrologiques intervenant à l’échelle du bassin versant, l’influence des processus autogéniques étant extrêmement réduite. L’utilisation d’un modèle de mélange à 2 réservoirs (i.e. glacier et aquifère souterrain) a permis de montrer que la plaine alluviale se comportait uniquement comme un puits de matières inorganiques en suspension et de phosphore particulaire, mais ne modifiait pas les flux de nutriments et de matières organiques en provenance des 2 réservoirs.

Une étude du gradient des communautés d’Oligochètes benthiques et hyporhéiques a été réalisée sur une distance de 11 km par rapport au terminus du glacier. L’augmentation du nombre des taxons ne s’effectue pas de manière linéaire en fonction de la distance au glacier mais il existe une discontinuité faunistique qui peut être attribuée : 1) au réchauffement thermique induit par l’émergence des eaux souterraines; 2) à l’importance du corridor hyporhéique comme une voie de migration lors de la recolonisation des fronts glaciaires.

A l’échelle de l’aquifère, pour la 1ère fois des études ont été menées sur des systèmes souterrains intégrant l’origine des écoulements, les facteurs environnementaux, la dynamique faunistique et bactériologique. De l’étude des 3 types d’aquifères alluviaux (aquifère du Grand Gravier alimenté directement par les eaux du Rhône; aquifère de Massieux alimenté par une nappe de versant; aquifère de l’Isle d’Abeau alimenté par les eaux pluviales), il ressort une structuration en gradient et une variabilité physico-chimique et biologique élevée dans l’aquifère qui présente d’importants échanges avec le fleuve. Il a été aussi montré que l’infiltration de l’eau de surface permet la réoxygénation des nappes et stimule l’activité bactérienne. Une distribution en taches des organismes est observée dans les autres aquifères et le peu de variations spatiales et temporelles des paramètres traduit l’importance des processus autogéniques. Des corrélations positives ont été observées entre bactéries actives, concentrations en carbone organique dissous et abondance faunistique suggérant que les nutriments et les bactéries contrôlent en grande partie les assemblages faunistiques (Thèse L. Mauclaire). Les recherches sur l’influence des crues dans l’aquifère karstique de Dorvan (Ain) ont montré une forte érosion des assemblages microbiens à différents niveaux du système et une stimulation de la recolonisation microbienne de l’aquifère. Un modèle conceptuel intégrant les changements de densité et d’activité bactériennes dus à l’alternance crue/étiage a été proposé.

La dynamique hydrologique structure considérablement les communautés interstitielles avec une densité et une diversité plus importante dans la partie d’exfiltration (arrivées d’eaux souterraines) de la plaine alluviale (Val Roseg, Suisse)