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Data from the assessment of river are big data, with complex relationships. Unsupervised data mining methods can be applied on them and give relevant results for their management, if a close collaboration exists between hydroecologists and computer scientists. The extraction of partially ordered patterns from temporal sequences of physicochemical pressures preceding a biological state has been achieved. These temporal patterns allow to identify a part of the pressures involved or not in a degraded ecological status, to specify the importance of the sequences time-length before a biological assessment, to identify the characteristic pressure categories at a regional scale. To go further, we plan to extend these patterns to hydromorphological pressures.; Les données issues de la surveillance des rivières sont volumineuses, avec des relations complexes. Des méthodes de fouille de données non supervisées peuvent s’y appliquer et donner des résultats pertinents pour leur gestion, sous réserve d’une collaboration étroite entre hydroécologues et informaticiens. L’extraction de motifs partiellement ordonnés à partir de séquences temporelles de pressions physico-chimiques précédant un état biologique a été réalisée. Ces motifs temporels permettent d’identifier une partie des pressions en cause dans un état écologique dégradé ou non, de préciser l’importance de la durée des séquences avant l’évaluation de l’état biologique, d’identifier les altérations caractéristiques à l’échelle d’une hydro-écorégion. A terme nous envisageons d’élargir ces motifs aux pressions hydromorphologiques.

National audience; Le paysage actuel du Rhin supérieur est le résultat de plus d'un siècle et demi d'anthropisation, qui se traduit aujourd'hui par une forte dégradation des habitats et biocénoses alluviaux. L'île artificielle du Rohrschollen, classée en Réserve Naturelle depuis 1997, est un exemple de cette artificialisation. Limitée à l'ouest par un canal de dérivation et à l'est par le Vieux-Rhin, cette île est inondée selon une fréquence faible pour l'écrêtement de crues, mais les submersions restent dans ce cas statiques, ce qui renforce le colmatage du Bauerngrundwasser. Hors période de crue, le débit qui alimente cette anastomose est extrêmement faible (~ 0,1 m3.s-1). Le fonctionnement actuel conduit à une perte progressive du caractère alluvial du milieu. En 2010, la Ville de Strasbourg a engagé un ambitieux projet LIFE+ " Restauration de la dynamique des habitats alluviaux rhénans de l'île du Rohrschollen " visant à restaurer les fonctionnalités hydro-morphologique et écologique de l'hydrosystème, tout en tenant compte des contraintes anthropiques actuelles. La création d'une prise d'eau en amont de l'île doit permettre d'injecter des débits variant de 2 à 80 m3.s-1 (en fonction du débit du Rhin) et de réalimenter le Bauerngrundwasser par l'intermédiaire d'un chenal artificiel non protégé volontairement sous-dimensionné. Ces aménagements permettront de recréer des inondations dynamiques (morphodynamique active du chenal, transport solide, échanges nappe-rivière, habitabilité...), un processus-clé dans le fonctionnement d'un hydrosystème fluvial. Depuis 2012, une convention de partenariat réunit la Ville de Strasbourg et le CNRS pour engager un suivi scientifique interdisciplinaire (hydromorphologie, écologie...). Une comparaison pré- et post-restauration doit permettre de quantifier les bénéfices du projet à court terme (2 x 18 mois). De plus, les résultats obtenus permettront de proposer au gestionnaire un protocole de suivi simplifié, mais fonctionnel, pour un suivi ultérieur à moyen et long termes et à moindre coût. Une modélisation hydraulique (avec transport solide et évolution des formes fluviales) permettra de simuler des scénarios de gestion future pour guider les choix opérationnels.

Sensitive biological measures of ecosystem quality are needed to assess, maintain or restore the ecological conditions of rivers. Since our understanding of these complex systems is imperfect, river management requires recognizing variability and uncertainty of bio-assessment for decision-making. Based on the analysis of national data sets (~ 1654 sites), the main goals of this work were (1) to test some of the assumptions that shape bio-indicators and (2) address the temporal variability and the uncertainty associated to prediction of reference conditions.(1) This thesis highlights (i) the predominant role of physiographic factors in shaping biological communities in comparison to human pressures (defined at catchment, riparian corridor and reach scales), (ii) the differences in the responses of biological indicators to the different types of human pressures (water quality, hydrological, morphological degradations) and (iii) more generally, the greatest biological impacts of water quality alterations and impoundments. (2) A Bayesian method was developed to estimate the uncertainty associated with reference condition predictions of a fish-based bio-indicator (IPR+). IPR+ predictive uncertainty was site-dependent but showed no clear trend related to the environmental gradient. By comparison, IPR+ temporal variability was lower and sensitive to an increase of human pressure intensity. This work confirmed the advantages of multi-metric indexes based on functional metrics in comparison to compositional metrics. The different sensitivities of macrophytes, fish, diatoms and macroinvertebrates to human pressures emphasize their complementarity in assessing river ecosystems. Nevertheless, future research is needed to better understand the effects of interactions between pressures and between pressures and the environment., Evaluer, maintenir et restaurer les conditions écologiques des rivières nécessitent des mesures du fonctionnement de leurs écosystèmes. De par leur complexité, notre compréhension de ces systèmes est imparfaite. La prise en compte des incertitudes et variabilités liées à leur évaluation est donc indispensable à la prise de décision des gestionnaires. En analysant des données nationales (~ 1654 sites), les objectifs principaux de cette thèse étaient de (1) tester certaines hypothèses intrinsèques aux bio-indicateurs et (2) d'étudier les incertitudes de l'évaluation écologique associées à la variabilité temporelle des bio-indicateurs et à la prédiction des conditions de référence. (1) Ce travail met en évidence (i) le rôle prépondérant des facteurs environnementaux naturels dans la structuration des communautés aquatiques en comparaison des facteurs anthropiques (définis à l'échelle du bassin versant, du corridor riparien et du tronçon), (ii) les réponses contrastées des communautés aquatiques aux pressions humaines (dégradations hydro-morphologiques et de la qualité de l'eau) et (iii) plus généralement, les forts impacts des barrages et de l'altération de la qualité de l'eau sur les communautés aquatiques. (2) Une méthode Bayésienne a été développée pour estimer les incertitudes liées à la prédiction des conditions de référence d'un indice piscicole (IPR+). Les incertitudes prédictives de l'IPR+ dépendent du site considéré mais aucune tendance claire n'a été observée. Par comparaison, la variabilité temporelle de l'IPR+ est plus faible et semble augmenter avec l'intensité des perturbations anthropiques. Les résultats de ce travail confirment l'avantage d'indices multi-métriques basés sur des traits fonctionnels par rapport à ceux relatifs à la composition taxonomique. Les sensibilités différentes des macrophytes, poissons, diatomées et macro-invertébrés aux pressions humaines soulignent leur complémentarité pour l'évaluation des écosystèmes fluviaux. Néanmoins, de futures recherches sont nécessaires à une meilleure compréhension des effets d'interactions entre types de pressions et entre pressions humaines et environnement.

L'évaluation du risque toxique dans les milieux aquatiques : avant-proposLire le texte