Impact des seuils et barrages sur la migration anadrome du saumon atlantique (Salmo salar L. ) : caractérisation et modélisation des processus de franchissement

Impact of dams and weirs on the anadromous migration of the Atlantic salmon (Salmo salar L. ): characterization and modelling of the processes for clearing obstacles

• Auteur / Autrice : Olivier Croze
• Direction : Pierre Élie, Puy Lim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Fonctionnement des écosystèmes et agrosystèmes
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radiopistage

Effets des barrages

Animaux -- Migration

Passes à poissons

Saumon atlantique

Mots clés libres

Montaison

Résumé

En France, comme dans de nombreux pays, les seuils et barrages en rivière se comptent par dizaines de milliers. Ces ouvrages exercent des perturbations multiples sur la faune piscicole, notamment en modifiant la qualité de l’eau et de l’habitat des poissons. Mais ils constituent surtout de véritables obstacles à leur libre circulation, les espèces migratrices étant les plus touchées. Afin de limiter leur impact, différents types de passe à poissons ont été développés depuis plusieurs décennies. Cependant, l’évaluation de leur efficacité n’est que plus récente : les premiers résultats, plutôt décevants, ont mis en exergue un réel besoin de progrès dans ce domaine. L’amélioration de la circulation des poissons au niveau des obstacles, même déjà équipés d’une passe à poissons, implique une meilleure identification des facteurs influençant leur franchissabilité, comme des processus mis en œuvre lors du franchissement. Le saumon atlantique, Salmo salar L. , a été retenu comme modèle biologique, du fait de ses longues migrations en milieu continental impliquant une confrontation à de multiples obstacles migratoires. La démarche adoptée dans cette thèse a consisté à acquérir un jeu conséquent de tentatives de franchissement au niveau d’une série d’obstacles. Deux cours d’eau ont ainsi été retenus pour ce travail, l’Aulne, un petit fleuve côtier, et la Garonne, troisième fleuve français par son débit. Ces fleuves présentent la particularité d’être fortement équipés en seuils et barrages de configurations variées. Le suivi des déplacements du saumon sur l’Aulne et la Garonne a été effectué par télémétrie (radiopistage), seule technique permettant à la fois d’identifier les passages en amont et d’étudier le comportement des poissons au cours du blocage. La première étape du travail a consisté à caractériser l’impact des barrages étudiés. Il ressort de l’analyse individuelle une grande variabilité des taux de franchissement et des retards induits à la migration entre sites, mais aussi pour un même site entre les différentes années. Dans les deux cas, l’effet cumulatif des obstacles semble considérable puisqu’il constitue le facteur majeur de "perte" lors de la migration anadrome sur ces deux cours d’eau. L’analyse de la variabilité entre sites a permis d’identifier différents facteurs susceptibles d’influencer la franchissabilité des obstacles étudiés, qu’ils soient liés au cours d’eau (largeur, module), à l’obstacle (configuration au fil de l'eau vs en dérivation, hauteur), au dispositif de franchissement (lieu d’implantation, débit, débit complémentaire d'attrait, type, qualité du dimensionnement) ou au poisson (longueur). Ces facteurs ne rendent compte, à eux seuls, que partiellement de la variabilité observée. Parmi les types de passe les moins performants sont rencontrées d'anciennes passes à bassins à jet plongeant mal dimensionnées mais aussi les deux ascenseurs étudiés, résultat essentiellement lié à l'un seul d'entre eux, celui de Golfech, dont l'efficacité est particulièrement faible. Un suivi fin des déplacements de saumons radiomarqués au niveau de ce dernier ascenseur a permis d’identifier les causes de son manque de performances ; certaines d'entre elles sont en relation avec les contraintes imposées par ce type de dispositif qui implique un piégeage des poissons. L’étude de la variabilité de la franchissabilité d’un obstacle pour un même site a été abordée via une modélisation par méthode d’analyse de survie. Ce modèle, développé dans un cadre bayesien adapté au traitement des échantillons de petite taille, met en compétition deux processus : le franchissement et le renoncement, ce dernier correspondant au dernier repli vers l’aval sans que le poisson ne se représente à l’obstacle. Appliqué à titre d'illustration à un obstacle de Garonne (le Bazacle, à Toulouse), il a permis de mettre en évidence l’effet négatif exercé par le débit de la rivière, la température, un état de santé des saumons médiocre et la durée de blocage sur la probabilité de franchir cet obstacle. Le renoncement serait quant à lui favorisé sur ce site par de faibles teneurs en oxygène dissous (variable indicatrice de qualité d’eau), mais aussi par des arrivées précoces au pied du site. Le modèle original développé ici présente l’intérêt d’être généralisable : il peut donc être utilisé pour réaliser des inférences à partir de tout jeu de données d'observation du comportement de "franchissement / renoncement" de poissons en migration face à un obstacle, ce comportement étant par ailleurs influencé par des covariables. Ce modèle constitue donc un outil d’aide adapté à l’évaluation de la franchissabilité d’un obstacle comme à la compréhension des facteurs qui la régissent.

As is the case in many other countries, France’s rivers are obstructed by tens of thousands of artificial weirs and dams. These structures disturb the fish population in many ways, particularly by modifying water quality and habitat. But above all they hinder their up and downstream circulation, with migratory species suffering the most. Over the last few decades, different types of fishway have been developed to reduce the impact of these obstacles. Their efficiency has only been evaluated more recently, however the earliest results have proved rather disappointing, and have highlighted the need for progress in the field. To improve fish passage at these obstacles, including those which are already equipped with fishways, will require more knowledge of the factors that facilitate the passing of fish, and also the processes involved during passing. The Atlantic salmon, Salmo salar L. , was selected as the biological model, because of its long migrations through inland waterways and the many obstacles it has to overcome. The approach followed by this thesis consisted in acquiring a large set of pass attempts occurring at a series of obstacles. Two rivers were used for this study, the Aulne, a small coastal river, and the Garonne, the third largest river in France by flow. These two rivers share the characteristic of being obstructed by a large number of weirs and dams of different kinds. Fish movements on the Aulne and the Garonne were tracked by telemetry (radio-tracking), the only technique able to identify upstream passes while monitoring fish behaviour during pass attempts. The first part of the study consisted in characterising the impact of the dams being studied. An analysis of each found that there was considerable variation between the sites in passage rates and delays to migration, and also between years for a given site. In both cases, the cumulative effect of the obstacles seems to be highly significant because they provide the principal factor for ‘loss’ during anadromous migration on both rivers. An analysis of the variability between sites revealed different factors likely to influence the passability of the obstacles studied, whether related to the river (width, average discharge), the obstacle (run-off-river configuration vs configuration with a bypass channel, height), the fishway (location, flow, complementary attraction flow, type, quality of dimensioning) or the fish (length). These factors were not in themselves sufficient to account fully for the variability observed. The least efficient group of fishways includes old and wrong-designed pool fishways with a plunging flow and also the two fish lifts studied; this last result is mainly due to only one of them, the Golfech fish lift, which shows a particularly low efficiency. Detailed tracking of the movements of radio-tagged salmon at this lift identified causes of its lack of performance; certain of these are related to the constraints imposed by such mechanisms, which require the fish to be trapped. A study of passability variations for a given obstacle was undertaken by modelling based on the survival analysis method. This model was developed using the Bayesian approach which is well adapted to deal with small samples. It considers two competing events: passing and renunciation, the latter defined by the last retreat downstream, with the fish not returning to the obstacle. As an example, it was applied to an obstacle on the Garonne (the Bazacle weir, in Toulouse) and showed the negative influence that river flow, temperature, poor health in the salmon and the time spent before the obstacle can have on the probability of passing. At this site, renunciation was encouraged by low concentrations of dissolved oxygen (a variable that indicates water quality), and also by early season arrival at the foot of the site. An advantage of the model developed specially for this study is that it can be generalised: it can therefore be used to make predictions from any set of observation data about the pass-or-renounce behaviour of migrating fish facing an obstacle, such behaviour always being influenced by co-variables. The model can thus be used to evaluate the passability of an obstacle and also to understand the factors governing it.