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International audience; The aim of this chapter is to provide a critical assessment of the approaches and production of tools within the PIREN-Seine programme over the past 30 years, as well as their use for river basin management and river quality improvement, and to analyse the challenges for the future. Three types of tools used in the PIREN-Seine programme are presented: metrology and fieldwork; model construction, simulation and their use in scenarios; and participatory science tools. These tools have been gradually built by the PIREN-Seine researchers and often developed together with the partners of the research programme, the main managers of the Seine River basin. Three issues raised by scientists and their partners are identified: (1) for metrology, how it has been improved to measure the state of waterbodies and to avoid their degradation; (2) for models, what they currently do and do not do and how they share common knowledge with practitioners; and (3) the place of researchers in the use of participatory devices in territories and their view of the effects of these tools to improve the quality of rivers and aquifers.

Compte tenu de l'effort d'amélioration de la continuité écologique dans le bassin de la Seine, il s'avère important d'essayer de quantifier les conséquences de différents scenarios d'aménagements de l'estuaire pour les poissons estuariens et migrateurs. Dans ce contexte, le projet ANACONDHA s'intéresse à la connectivité fonctionnelle de l'estuaire de la Seine et à la capacité des différentes espèces de poissons d'y réaliser une partie ou l'ensemble de leur cycle de vie. Les objectifs sont (1) de tester une approche de modélisation géomatique de la connectivité fonctionnelle et (2) d'évaluer sa capacité à fournir une analyse cartographique des potentialités de préservation et de réhabilitation des habitats estuariens. Après un bilan bibliographique et une consultation de 15 experts comptant des chercheurs, des acteurs régionaux et des acteurs locaux, 6 espèces avec des cycles de vie contrastés et présentant des enjeux différents au sein de l'estuaire ont été sélectionnées comme candidates pour modéliser la connectivité fonctionnelle : le bar commun, la truite de mer, l'anguille européenne, le mulet porc, le flet et la brème commune. Considérant la disponibilité des données géomatiques, la liste des espèces candidates et les avis des experts en termes des priorités régionales, le choix a été fait de se concentrer dans les modélisations sur deux cas d'étude contrastés : 1) les migrations tidales des juvéniles du bar commun vers les nourriceries et les habitats de refuge au cours d'une marée et 2) les migrations des adultes de truite commune (forme rivière et mer) vers les frayères. Ces choix ont permis de tester l'approche de modélisation géomatique de la connectivité (outil ANAQUALAND) sur des cas qui impliquent des étendues spatiales (embouchure versus tout l'estuaire avec les affluents) et des échelles temporelles (un cycle de la marée versus une période de plusieurs mois) très différentes. Le travail réalisé offre une ouverture importante sur le sujet avec la possibilité d'aborder des questions concernant les traits biologiques des espèces en lien avec leur mobilité et de tester des hypothèses qui sont difficilement testables expérimentalement sur de grands milieux dynamiques comme l'estuaire de la Seine.

L’influence des aménagements des cours d’eau sur les peuplements de poissons est abordée par deux voies. Tout d’abord elle est étudiée dans une perspective historique, de manière à évaluer comment cette influence à évoluer sur le long terme, et quelles conséquences écologiques elle a entraînées. L’état écologique actuel est le fruit de cette évolution. Par ailleurs, contrairement aux situations passées où les aménagements des cours d’eau étaient essentiellement conçus pour répondre aux développements des activités humaines (maitrise des crues et des étiages, adaptation des voies d’eau à la navigation, exploitation de l’énergie hydraulique par exemple), de nouveaux types d’aménagements sont à l’oeuvre actuellement, en lien avec les nouvelles orientations en matière de politique de l’eau (Directive cadre européenne sur l’eau notamment). Ces aménagements consistent donc dorénavant à intervenir sur les cours d’eau pour restaurer leur état écologique. Initialement conçus dans ce but, leur efficacité n’est cependant pas toujours avérée. Les conséquences écologiques d’opérations de restauration en cours, visant à rétablir leur continuité (effacement de seuils et petits barrages), sont étudiées dans cet objectif d’évaluation de leur efficacité

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; National audience; L’objet de ce chapitre est de montrer jusqu’à quel point deux systèmes de référence, scientifique et politique, peuvent être hybridés pour penser une gestion des milieux aquatiques dans un contexte d’incertitude. La démarche adoptée dans cette étude s’appuie notamment sur les réflexions de Fleck (1935) s’agissant des collectifs de pensée. Notre hypothèse est donc que la rencontre entre ces deux communautés peut potentiellement produire une pensée différente, «hybride», qui peut être favorisée par la mise en place d’un langage commun, servant de passerelle entre ces deux collectifs de pensée. L’expérience rapportée ici repose sur l’idée que les modèles physiques, et plus largement les modèles déterministes que proposent les chercheurs, peuvent être construits comme des vecteurs de traduction 1(Akrichetal., 2006) de connaissances et d’intérêts hétérogènes au sein des communautés, et aussi entre les communautés de scientifiques et de gestionnaires. Ces modèles peuvent, sous certaines conditions, permettre des déplacements cognitifs et instrumentaux (pensée et langage) chez les acteurs et sont à même d’accompagner les décisions dans un monde incertain (Callon et al ., 2001). Afin de co-construire ces vecteurs de traduction de connaissances, des ateliers d’échange entre scientifiques et gestionnaires ont été organisés. L’évaluation des opportunités offertes par les modèles a alors été possible, car il avait été prévu dès la mise en place des ateliers un dispositif d’observation extérieur à cette expérience.

National audience

National audience; L’organisation spatiale naturelle des peuplements de poissons d’eau courante dépend non seulement de la diversité des habitats aquatiques, mais aussi de leur arrangement spatial et de leur connectivité au sein du réseau hydrographique. La notion de connectivité est particulièrement importante dans le contexte des cours d’eau anthropisés : en effet, il ne suffit pas que les habitats vitaux des espèces soient présents, encore faut-il qu’ils soient accessibles pour les poissons via des processus de déplacement liés à leur cycle de vie. Les objectifs de l’étude sont ainsi d’évaluer les effets de la présence de discontinuités dans le réseau hydrographique sur l’occurrence et la distribution spatiale des espèces de poissons. Dans ce cadre, il faut notamment comprendre comment certaines discontinuités, à l’intérieur du réseau hydrographique, sont susceptibles de fragmenter les habitats disponibles pour les poissons. Il est donc nécessaire de connaître à la fois : la structure spatiale des habitats dans les réseaux hydrographiques, la localisation et la nature des discontinuités (physiques et/ou chimiques) qui peuvent impacter la distribution des poissons et l’occurrence et la distribution spatiale des espèces de poissons dans les cours d’eau. L’analyse spatiale combinée de ces trois types d’information constitue un premier élément de réponse aux objectifs de cette étude. Un préalable est donc d’acquérir ces informations (données physiques et biologiques).

Ce travail vise à comparer de quelles manières les trois espèces de poissons migrateurs thalassotoques (i.e. qui se reproduisent en mer et vont grandir dans les bassins versants) fréquentant la façade Atlantique : le mulet porc, l'anguille européenne et le flet, colonisent les estuaires de la Seine et de la Gironde et effectue leur croissance. L'hypothèse principale était que leur comportement pouvait être influencé par le niveau de contamination et de pressions anthropiques des estuaires. La démarche retenue pour aborder ces différentes échelles de manière comparative (entre les espèces et entre deux sites situées de manière similaire en Seine et en Gironde) a consisté à examiner : i) la phase de colonisation initiale à un stade très jeune par une approche expérimentale en mésocosme ; ii) la phase de croissance par un suivi en télémétrie acoustique en période estivale ; ii) l'ensemble du cycle vital par une analyse rétrospective à l'aide de la microchimie des otolithes des différents compartiments halins utilisés. Les trois niveaux d'analyse effectués avec des méthodes différentes permettent de dégager des patrons spécifiques (colonisation initiale, phase de croissance, cycle de vie) mais les différences entre les sites ne sont vraiment claires qu'à l'échelle très globale de l'utilisation des différents compartiments. Contrairement à notre hypothèse de départ les jeunes migrateurs thalassotoques parviennent à adopter un comportement spécifique en phase avec un rythme de type circadotidal ou nycthéméral y compris dans une ambiance de type Seine (très chargée en contaminants). Leur comportement est d'ailleurs peu différent dans les ambiances Seine ou Gironde. Il est donc tout à fait possible qu'ils ne soient pas extrêmement perturbés par les contaminants issus des sédiments que ce soit en Seine ou en Gironde. On notera toutefois que les civelles ont construit moins de terriers dans le sédiment de l'ambiance Seine que dans celui de l'ambiance Gironde, on peut imaginer que la plus forte contamination du sédiment de Seine les en dissuade. La fonctionnalité de corridor écologique ne semble donc pas empêchée par la contamination des sédiments. Durant leur phase de croissance en zone tidale d'eau douce les espèces étudiées utilisent des habitats différents selon des patrons temporels spécifiques (par exemple les mulets porcs utilisent les zones intertidales et les bras morts lors des flots de jours ; durant le jour les anguilles demeurent à l'abri dans des enrochements grossiers tandis que durant la nuit elles se déplacent dans des zones profondes à la recherche de leurs proies). Les résultats obtenus sur la Seine sont cohérent avec ceux obtenus sur la Gironde, ainsi dans les deux cas les flets recherchent de zones fraiches (ombre en Gironde, embouchures d'affluents plus frais en Seine), les anguilles présentent une activité principalement nocturne. La réaction des espèces au stress du marquage est très différente selon les espèces. Les mulets quittent très vite le secteur tandis que les anguilles et les flets sont au contraire extrêmement immobiles en "attendant" que leur condition s'améliore. Un épisode hypoxique observé en fin d'été sur la Seine a coïncidé avec un immobilisme des anguilles laissant penser que leur réaction à un stress environnemental pourrait se traduire par le même type de comportement que leur réaction au marquage. Les mulets de la Seine semblent moins inféodés à l'estuaire saumâtre que les mulets de la Gironde, ceci pourrait s'expliquer par la plus grande dimension de l'estuaire de la Gironde. Les anguilles de la Seine et de la Gironde présentent une grande variabilité d'histoires de vie mais on ne peut pas dégager de différences d'utilisation notables des habitats entre la Seine et la Gironde. Chez les flets la contribution des mères ayant utilisé l’eau douce est relativement plus importante en Seine qu'en Gironde. On en déduit une utilisation plus importante des habitats d’eau douce par les flets de Seine en comparaison avec les flets de la Gironde. Il en ressort globalement que les habitats dulcaquicoles de la Seine (trés diversifiés : bathymétrie, substrat, ripisylve…) sont proportionnellement plus utilisés par les espèces thalassotoques que ceux de Gironde. Cela peut s'expliquer par une moindre attractivité (ou une moindre capacité d'accueil) de l'estuaire saumatre de la Seine ou au contraire par une plus grande attractivité (ou une plus grande capacité d'accueil) de l'estuaire dulcaquicole de la Seine. Les comportements mis en évidence sur ces secteurs pourraient servir de référence pour des opérations de restauration.

International audience; The study of fish assemblages of the Seine River in Paris between 1990 and 2005 indicates an improvement of the Seine River quality. In contrast, aquatic habitats are low qualified, assessed by maps realised in 2005. Solutions are proposed to restore fish biodiversity of the Seine River in Paris.; L'étude des peuplements de poissons de la Seine parisienne sur la période 1990-2005 indique une amélioration de la qualité de la Seine. En revanche, une cartographie des habitats aquatiques effectuée en 2005 présente un bilan négatif. Des pistes sont proposées pour restaurer la biodiversité piscicole de la Seine parisienne.

International audience; Most of the rivers of the Ile de France region, intimately linked with the megalopolis of Paris, are severely altered and freshwater fishes are exposed to habitat alteration, reduced connectivity and pollution. Several species thus present fragmented distributions and decreasing densities. In this context, the European Water Framework Directive (2000) has goals of hydrosystems rehabilitation and no further damage. In particular, the preservation and restoration of ecological connectivity of river networks is a key element for fish populations. These goals require the identification of natural and anthropological factors which influence the spatial distribution of species. We have proposed a riverscape approach, based on landscape ecology concepts, combined with a set of spatial analysis methods to assess the multiscale relationships between the spatial pattern of fish habitats and processes depending on fish movements. In particular, we used this approach to test the relative roles of spatial arrangement of fish habitats and the presence of physical barriers in explaining fish spatial distributions in a small rural watershed (106 km²). We performed a spatially continuous analysis of fishhabitat relationships. Fish habitats and physical barriers were mapped along the river network (33 km) with a GPS and imported into a GIS. In parallel, a longitudinal electrofishing survey of the distribution and abundance of fishes was made using a point abundance sampling scheme. Longitudinal arrangement of fish habitats were evaluated using spatial analysis methods: patch/distance metrics and moving window analysis. Explanatory models were developed to test the relative contribution of local environmental variables and spatial context in explaining fish presence. We have recorded about 100 physical barriers, on average one every 330 meters; most artificial barriers were road pipe culverts, falls associated with ponds and sluice gates. Contrasted fish communities and densities were observed in the different areas of the watershed, related to various land use (riparian forest or agriculture). The first results of fish-habitat association analysis on a 5 km stream are that longitudinal distribution of fish species was mainly impacted by falls associated with ponds. The impact was both due to the barrier effect and to the modification of aquatic habitats. Abundance distribution of Salmo trutta and Cottus gobio was particularly affected. Spatially continuous analysis of fishhabitat relationships allowed us to identify the relative impacts of habitat alteration and presence of physical barriers to fish movements. These techniques could help prioritize preservation and restoration policies in human-impacted watersheds, in particular, identifying the key physical barriers to remove.

National audience; Le bassin de la Seine abrite environ 45 espèces de poissons dont la répartition et l'abondance des populations varient de manière importante entre différents cours d'eau du bassin. La connaissance des facteurs naturels ou anthropiques qui contrôlent la répartition des espèces et la composition des peuplements constitue un enjeu important pour la gestion du bassin. Cet enjeu est d'autant plus d'actualité que les communautés de poissons constituent un élément clé de l'évaluation de l'état écologique des cours d'eau au coeur des objectifs environnementaux définis par la Directive cadre européenne sur l'eau (DCE). Les résultats présentés ici sont préliminaires. Ils sont issus du développement de modèles de type statistique permettant de prédire la présence des différentes espèces de poissons ainsi que certaines caractéristiques des peuplements en fonction des caractéristiques environnementales des cours d'eau. Des premiers travaux réalisés dans le cadre de la phase III du programme PIREN-Seine avaient déjà démontré la faisabilité de tels outils pour prédire la présence de certaines espèces, mais, les variables prédictives utilisées alors regroupaient essentiellement des « macro descripteurs » indépendants des activités humaines (rang de Strahler, écorégion). Les développements réalisés pour le moment ont mis l'accent sur les deux points suivants : - travailler à la fois sur la prédiction de la présence absence des espèces mais également sur des descripteurs plus globaux du peuplement et notamment sur les métriques utilisées par l'Indice Poisson Rivière (IPR) - élargir la gamme des variables d'entrée des modèles en privilégiant des variables directement liées aux aménagements et aux activités humaines de façon à améliorer l'évaluation des conséquences des perturbations anthropiques sur les peuplements du bassin.

L'organisation des peuplements de poissons d'eaux courantes dépend non seulement de la diversité des habitats aquatiques, mais aussi de leur arrangement spatial et de leur connectivité fonctionnelle au sein du réseau hydrographique (Schlosser, 1995). La notion de connectivité est particulièrement importante dans le contexte de cours d'eau anthropisés: en effet, il ne suffit pas que les habitats vitaux des espèces de poissons soient présents dans le milieu aquatique, encore faut-il qu'ils soient accessibles pour les poissons via des processus migratoires liés à leur cycle de vie. L'anthropisation des cours d'eau peut entraîner à la fois une disparition de certains habitats et globalement, une fragmentation de leurs réseaux hydrographiques par l'implantation d'obstacles physiques (barrages ou seuils) ou chimiques (rejets provoquant une discontinuité locale), qui va entraver les déplacements des poissons. Les objectifs du travail entrepris dans la phase 5 du PIREN-Seine sont ainsi d'évaluer les effets de la présence de discontinuités dans le réseau hydrographique sur l'occurrence et la distribution spatiale des espèces de poissons. Repérer les discontinuités qui potentiellement affectent la continuité biologique des cours d'eau est critique pour élaborer des scénarios de restauration. Dans ce cadre, il faut notamment comprendre comment certaines discontinuités à l'intérieur du réseau hydrographique sont susceptibles de fragmenter les habitats disponibles pour les poissons. Il est donc nécessaire de connaître à la fois: · la structure spatiale des habitats en place dans les réseaux hydrographiques · la localisation et la nature des discontinuités (physiques et/ou chimiques) qui peuvent altérer la continuité longitudinale des cours d'eau pour les poissons · l'occurrence et la distribution spatiale des espèces de poissons dans les cours d'eau. L'analyse spatiale combinée de ces trois types d'informations constitue un premier élément de réponse aux objectifs de cette étude. Le présent rapport rend compte de l'avancée des travaux entrepris sur deux petits bassins versants témoins : le bassin de l'Orgeval (affluent du Grand Morin, Seine-et-Marne) et le bassin de la Mauldre (affluent de la Seine, Yvelines), contrastés du point de vue de leur occupation des sols (rural versus urbain) (Talès et al. 2008). Les travaux entrepris sur les deux bassins sont à des stades d'avancement différents. Sur l'Orgeval l'acquisition sur le terrain des données d'habitat a déjà été réalisée lors des années précédentes, celle de données piscicoles entreprise dès 2007 a été complétée en 2009. Ceci rend possible le croisement entre la répartition des espèces et la structure spatiale des habitats. Sur la Mauldre le travail reste moins avancé l'essentiel des actions en 2009 ayant été consacrées à la géolocalisation des habitats et discontinuités sur le terrain.

Effective management and restoration of habitat for stream fish should consider how the different resource habitats need to be arranged spatially and the location of source populations. As few operational methods are available to study these issues, we propose a riverscape approach based on landscape ecology and stream ecology concepts. It aims at studying the multi-scale relationships between the spatial pattern of fish habitat patches and processes depending on the fish movements. To quantify spatial patterns at nested levels (patch of resource habitat, area of daily activities and area of sub-population), we calculate their composition, configuration, complementation and connectivity with multiple spatial analysis methods: patch metrics, moving window analysis and least cost modelling. Two cyprinid species (Barbus barbus and Chondrostoma nasus) and two reaches of the Seine River (France) were used to test this riverscape approach. Relevance of some metrics and methods of landscape ecology to detect the effects of flow variability and human alterations on fish habitat composition and configuration is demonstrated. Using electrofishing data, we validate the functionality of the resource habitat maps for both species. The longitudinal pattern of their distribution in the natural reach is aggregated in the neighbouring patches of feeding habitat, which seems to match home range of local population of these species. The role of complementation and supplementation of resource habitat in the presence of species is demonstrated. This approach helps evaluating impacts of habitat alteration and isolation and prioritises preservation and restoration policies., Des mesures efficaces de gestion et de restauration des habitats piscicoles devraient considérer l'arrangement spatial des différents habitats ressources et la localisation des populations sources. Comme peu de méthodes opérationnelles sont disponibles pour étudier ces questions, une approche « paysage aquatique » est proposée, couplant les concepts de l'écologie du paysage et de l'écologie des cours d'eau. Elle permet d'étudier l'influence de la structure spatiale et de la connectivité fonctionnelle des habitats aquatiques sur l'organisation des populations de poissons d'eau courante. Pour quantifier la structure spatiale des habitats à différents niveaux d'organisation (tache d'habitat ressource, aire d'activité journalière ou aire de population locale), diverses méthodes d'analyse spatiale ont été utilisées. Elles sont testées pour deux espèces de cyprinidés (Barbus Barbus et Chondrostoma nasus) sur des biefs naturel et aménagé de la Seine. La capacité des méthodes à détecter l'effet de la variabilité hydrologique et du degré d'aménagement sur la composition et la configuration des habitats ressources est étudiée. L'utilisation de données piscicoles issues de pêches électriques a permis de valider la fonctionnalité des cartes d'habitat ressource. La distribution longitudinale dans le bief naturel est agrégée dans des taches voisines d'habitat d'alimentation et semble correspondre aux domaines vitaux de populations locales de ces espèces. Leur présence est aussi expliquée par la complémentation entre les taches d'habitat d'alimentation et de repos. Cette approche peut permettre d'évaluer le degré d'altération et de fragmentation des taches d'habitats piscicoles et hiérarchiser les mesures de préservation et de restauration.

1A 10D Diplôme : Dr. d'Universite