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En direct des laboratoires

 

15 octobre 2018

Étudier le passé pour restaurer efficacement et durablement les grands fleuves

 

Mots clés : Restauration fonctionnelle de grands fleuves ; Trajectoire temporelle ; Interdisciplinarité

 

Dans le cadre d'un projet de restauration hydromorphologique conduit par la Ville de Strasbourg dans la plaine alluviale du Rhin supérieur (île du Rohrschollen), une recherche interdisciplinaire a été menée pour reconstruire la trajectoire temporelle multiséculaire de l'hydrosystème fluvial. Des analyses planimétrique, hydrologique, géomorphologique, géochronologique et physico-chimique ont été combinées entre elles pour optimiser l’efficacité et la durabilité de la restauration.
Pour cela, les chercheurs ont caractérisé le fonctionnement hydromorphologique de l'hydrosystème avant les aménagements du fleuve (forte mobilité latérale, diversité d’habitats aquatiques et riverains…), évalué les impacts des aménagements (importants dépôts de sédiments fins pollués au Zinc, en particulier le long des anciens chenaux latéraux du fleuve…), mis en évidence des risques potentiels à prendre en compte dans la restauration de grands fleuves (remobilisation de sédiments fins pouvant être pollués) et identifié les types de compartiments d’hydrosystèmes offrant un potentiel de fonctionnement élevé pour la restauration des chenaux latéraux de grands fleuves. Cette étude a été publiée dans la revue Hydrology and Earth System Sciences (HESS).

 

Figure 1. a. Bassin du Rhin, b. Tracé du Rhin supérieur aux XIXe et XXe siècles,
c. Localisation du site d’étude (île du Rohrschollen), d. Photos de l’ancien chenal et du nouveau chenal (après le creusement de ce dernier - 2014, et après les premières crues - 2015).

 

Cette étude souligne l’importance de reconstruire la trajectoire temporelle longue des grands fleuves pour optimiser leur restauration fonctionnelle, tant en termes d’efficacité que de durabilité. Le site d’étude est l’île du Rohrschollen, située au bord du Rhin en France (fig. 1). La Ville de Strasbourg y a mené un important programme de restauration entre 2012 et 2015 1 : construction d’une prise d’eau permettant d’injecter dans le site jusqu’à 80 m3.s-1 depuis le Rhin canalisé, création d’un nouveau chenal d’une longueur d’un km amenant une partie du débit vers un ancien chenal et permettant de recréer des submersions dynamiques. Le suivi scientifique de cette restauration a été coordonné et en grande partie réalisé par le Laboratoire Image, Ville, Environnement (LIVE - Univ Strasbourg/CNRS), avec d’autres laboratoires dont le Laboratoire d'Hydrologie et de Géochimie de Strasbourg (LHyGeS - Univ Strasbourg/CNRS/Ecole nat Génie Eau Environnement Strasbourg) et l’Université de Fribourg (Allemagne). La synergie entre scientifiques et gestionnaires du site a été particulièrement riche et mutuellement bénéfique.


L’étude, résolument interdisciplinaire et déployée à différentes échelles spatiales et temporelles, a combiné des données planimétriques (cartes anciennes, photographies aériennes), sédimentologiques, topographiques, physico-chimiques, géochronologiques (datations des archives sédimentaires) et un modèle hydrologique de submersion. Les analyses sédimentologiques, physico-chimiques et géochronologiques ont été réalisées dans deux fosses sédimentaires situées le long de l’ancien et du nouveau chenal, à des fins de comparaison (fig. 2 et 3.b).

 

Figure 2 - Évolution planimétrique diachronique du secteur d’étude par l’analyse de cartes anciennes et de photographies aériennes. Les encadrés noirs correspondent à des zooms (échelle 1 : 2) où sont localisées les deux fosses dans lesquelles ont été réalisées les analyses sédimentologiques, physico-chimiques et géochronologiques.

 

Figure 3 – a. Levés topographique et bathymétrique correspondants au transect n°2. Localisation des carottages et de la fosse n°2, b. Localisation générale des deux fosses (carrés rouge), la première située le long du nouveau chenal et la seconde le long de l’ancien chenal, c. Résultats des analyses granulométrique, géochronologique et physico-chimique de la fosse 2 (le long de l’ancien chenal) montrant une pollution au zinc dans les 60 premiers centimètres de la fosse.


L’étude a permis de mettre en évidence le fonctionnement du fleuve avant les premiers grands aménagements. Le fleuve était alors caractérisé par une dynamique latérale active et, de ce fait, par une grande diversité d’écosystèmes aquatiques et riverains. Les travaux de correction (1833-1876 ; stabilisation et rétrécissement du lit mineur, réduction du lit majeur par la construction de digues insubmersibles) ont entraîné une rupture nette dans la trajectoire évolutive du fleuve : déconnexion et comblement des chenaux latéraux par dépôt de sédiments fins pollués (Zinc), stabilisation des berges du lit mineur corrigé entrainant une incision du fond du lit, diminution de la fréquence et de l’intensité des submersions, simplification de la mosaïque des habitats alluviaux. Les secteurs de plaine alluviale situés entre les chenaux ont présenté une dynamique de sédimentation nettement plus faible (couche de sédiments fins plus mince, mais aussi moins polluée). La canalisation (1928-1977 ; construction d’un barrage de dérivation, d’un canal, d’une centrale hydro-électrique et de deux écluses) a fortement altéré le fonctionnement hydromorphologique et hydrogéologique, ainsi que la biodiversité alluviale. En 1984, un barrage agricole a été construit dans la partie aval du site pour permettre de soutenir le niveau de la nappe phréatique et écrêter les crues les plus élevées (qui surviennent relativement rarement). Les submersions sont alors statiques ce qui est peu bénéfique aux biocénoses alluviales. Ce barrage induit également un effet de remous hydraulique (effet « d’eau stagnante ») en basses eaux qui affecte tout le réseau hydrographique de l’île, excepté le nouveau chenal construit dans le cadre de la restauration.
L’ensemble des résultats a mis en évidence, pour la première fois, des risques potentiels auxquels les projets de restauration d’annexes hydrauliques de grands fleuves doivent faire face, comme par exemple la remobilisation de sédiments fins (qui constituent une contrainte pour les espèces aquatiques), pouvant être pollués. Tenter de recouvrer la mobilité latérale d’anciens chenaux n’est donc pas nécessairement la meilleure stratégie de gestion, d’autant plus que les volumes de sédiments fins peuvent être élevés (à titre d’exemple, cela représnte 400 000 m3 le long de l’ancien chenal de l’île du Rohrschollen). Au contraire, il peut s’avérer plus judicieux de recréer des annexes hydrauliques dynamiques en excavant de nouveaux chenaux situés en-dehors des anciens chenaux colmatés. La formation de ces nouveaux chenaux peut également être initiée spontanément par des submersions dynamiques, ce qui serait  privilégier.


Cette étude souligne la nécessité de fonder les restaurations fonctionnelles des rivières sur une connaissance interdisciplinaire des trajectoires temporelles passées des hydrosystèmes, pour maximiser l'efficacité et la durabilité des mesures de gestion. L’enjeu est extrêmement important compte tenu des coûts élevés des restaurations menées actuellement en France, en Europe et dans le monde. Concrètement, pour des restaurations d’annexes hydrauliques de grands fleuves, il est recommandé aux gestionnaires de mener des études préliminaires incluant a minima (1) une analyse planimétrique (cartes et photographies aériennes anciennes), (2) des prospections sédimentologiques par carottages couplées à l’étude fine de la topographie et des crues anciennes et (3) des analyses physico-chimiques des sédiments, en particulier dans les zones de comblement des anciens chenaux.

 

Note :

1. Programme européen LIFE08 NAT/F/00471 « Restauration de la dynamique des habitats alluviaux de l’île du Rohrschollen »)

Financement : Ville de Strasbourg, Union Européenne (LIFE+), Région Grand Est, Agence de l’Eau Rhin-Meuse, Université de Strasbourg (crédits IDEX), ZAEU-LTER, inter-ZA, EDF.

 

Référence :

Long-term temporal trajectories to enhance restoration efficiency and sustainability on large rivers: an interdisciplinary study, Eschbach D., Schmitt L., Imfeld G., Preusser F., Payraudeau S., May J.-H., Trauerstein M., Skupinski G., Hydrology and Earth System Sciences, DOI : https://doi.org/10.5194/hess-22-2717-2018, 7 May 2018.


Contacts chercheurs :

David Eschbach
Laboratoire Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols (METIS - CNRS/EPHE/Sorbonne Université)
03.68.85.09.81 | eschbach.pro@gmail.com

Laboratoire d’accueil actuel et où la recherche a été effectuée : Laboratoire Image, Ville, Environnement - LIVE (Univ Strasbourg/CNRS)

 

Laurent Schmitt
Laboratoire Image, Ville, Environnement (LIVE - Univ Strasbourg/CNRS)
03.68.85.09.42 | laurent.schmitt@unistra.fr

 

Contact communication :

Estelle BAEHREL
Laboratoire Image, Ville, Environnement (LIVE - Univ Strasbourg/CNRS)
03.68.85.09.51 | estelle.baehrel@live-cnrs.unistra.fr


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