Effet des étangs de barrage à vocation piscicole sur le fonctionnement écologique des cours d'eau de tête de bassin dans des contextes environnementaux différents : le cas des étangs de plaine en Lorraine

Extensive fishpond dam effects on ecological headwater stream functioning in different environmental contexts : A case study of fishpond dams in the Lorraine plain

• Auteur / Autrice : Brian Four
• Direction : Damien Banas, Marielle Thomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écotoxicologie, biodiversité, écosystèmes
• Date : Soutenance le 03/02/2017
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Animal et Agroécosystèmes (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Frances Yen Potin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marielle Thomas, Joël Aubin, Antoine Lecerf, Thierry Caquet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Joël Aubin, Antoine Lecerf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étangs de pisciculture

Isotopes stables en écologie

Biodégradation

Litière forestière

Hydrosystèmes

Lorraine (France)

France

Réservoirs (lacs)

Mots clés libres

Plan d’eau

Décomposition des litières

Invertébrés

Fonctionnement des hydrosystèmes

Isotopes stables

Barrage fishpond

Shallow lake

Litter decomposition

Invertebrates

Hydrosystem functioning

Stable isotopes

Résumé

La France compte de nombreux étangs (environ 251 000), construits le plus souvent par l’aménagement d’un barrage sur un cours d’eau de tête de bassin, dans des fonds de vallées argileux, pour la production de poissons. La Lorraine est une région riche en étangs et ces derniers sont le plus souvent localisés sur des cours d’eau temporaires dans des bassins versants agricoles et/ou forestiers. Ces cours d’eau ont un fonctionnement écologique basé sur l’intégration, par les réseaux trophiques détritiques, des ressources organiques allochtones. Or, les étangs constituent des zones lentiques biogènes : la matière organique (MO) autochtone (constituée entre autres par le plancton, les macrophytes, les fèces produits par le biote) peut modifier les équilibres – souvent fragiles – de ces écosystèmes aquatiques de tête de bassin. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier l’influence des étangs de barrage sur le recyclage et l’intégration de la MO allochtone et autochtone par les réseaux trophiques basaux aquatiques des cours d’eau de tête de bassin. Premièrement, ce travail a porté sur l’étude de la décomposition des litières (et des communautés associées) en amont et en aval d’étangs localisés sur des bassins soit agricoles, soit forestiers. Nos résultats mettent en exergue l’intérêt de la prise en compte de l’occupation du sol sur le bassin versant pour appréhender au mieux l’effet des étangs sur les processus de décomposition des litières. Nous montrons ainsi que l’étang de barrage entraîne une diminution de la vitesse de décomposition des litières, en lien notamment avec une diminution de la biomasse fongique, uniquement dans les cours d’eau en milieu agricole. Sur les cours d’eau forestiers, ce sont essentiellement les communautés de macroinvertébrés qui semblent influencées, et de manière plus marquée qu’en milieu agricole, avec une diminution des taxons les plus sensibles aux pollutions organiques. Puis, nous avons cherché à préciser les processus de décomposition des litières dans les cours d’eau temporaires de tête de bassin versant entravés ou non par un étang. Notre choix s’est porté sur les cours d’eau en milieu forestier afin de limiter les effets confondants liés à d’autres perturbations humaines. Dans ces conditions, nos résultats montrent que la présence d’un étang tend à augmenter la vitesse de décomposition des litières. Cela serait dû à un meilleur conditionnement des litières et également à une modification des communautés de déchiqueteurs en aval de l’étang. En revanche, l’effet de l’étang sur l’intégration des ressources allochtones par les réseaux trophiques détritiques nécessite la prise en compte des conditions hydrologiques se présentant à l’aval du barrage. Il s’agit là d’un résultat original révélant que l’impact de l’étang est plus marqué sur les communautés de déchiqueteurs et sur leur action de dégradation des litières lorsque le cours d’eau passe en régime permanent à l’aval de l’étang. Enfin, nous nous sommes intéressés à la modification des niches trophiques à partir de l’étude des signatures isotopiques des communautés de macro-invertébrés de cours d’eau entravés ou non par un étang. Nos résultats montrent que l’étang influence majoritairement les signatures isotopiques des biofilms et des matières en suspension. En lien avec cette observation, nous remarquons que les niches isotopiques des différentes guildes trophiques de macro-invertébrés sont modifiées à l’aval de l’étang. Ce résultat souligne ainsi que l’ensemble des guildes trophiques ici étudiées consomment et intègrent les ressources autochtones produites au sein même de l’étang. Pour résumer, ce travail a mis en évidence les interactions complexes entre étang et cours d’eau de tête de bassin. Il souligne de fait la nécessité de prendre en compte l’occupation du sol sur les bassins versant et le régime hydrologique du cours d’eau pour conclure sur l’effet de l’étang sur le fonctionnement écologique des cours d’eau de tête de bassin.

In France there are more than 250,000 ponds. Most often, they are dam reservoirs constructed on headwater streams in clay valleys for fish production and thus named fishponds. In Lorraine region, most of the numerous fishponds are located on temporary streams (i.e. periodically dry during summer time) in agricultural and/or forested catchments. These streams have an ecological functioning based on the integration of allochthonous organic matter (OM) resources by the basal detrital food webs. Yet, fishponds constitute biogenic lentic systems that favor autochthonous OM production (e.g. plankton, macrophytes, faeces). Consequently, fishponds could disrupt the fragile balances in these headwater stream ecosystems. The goal of my thesis was to study the effect of fishpond on the recycling and the integration of allochthonous and autochthonous OM by the aquatic food webs within headwater streams. First, we studied the litter decomposition (and the associated communities) between upstream and downstream fishponds located in agricultural or forested catchments. Our results indicate the needs to take into account the catchment land uses to grasp the fishpond effect on litter decomposition. We found that in agricultural catchments fishponds lead to a decrease of the litter breakdown rate in association with a fungal biomass decrease. In forested catchments, the macro-invertebrate assemblages are more affected than in agricultural catchments, showing a decrease of the most sensitive taxa to organic pollution. Secondly, we focused on litter processes in temporary headwater streams hampered or not by a fishpond. To this end, we worked on forest streams to exclude confounding anthropogenic effects. In this environment our results indicate that the presence of a fishpond tends to increase litter breakdown rate. It can be related with a better litter conditioning and to the shredder assemblage’s modification downstream from the fishpond. Furthermore, fishpond effect on the integration of allochthonous resources by food webs was found to be highly dependent on hydrological conditions downstream from the fishpond. This original result highlights that the impact of the fishpond seems to be greater on the shredder assemblages and on their litter breakdown activities when the stream show important hydrological modifications (i.e. become permanent downstream from the fishpond). Finally, in order to analyze the modification of trophic niches, we studied benthic macroinvertebrate isotopic signatures in streams hampered or not by a fishpond. Our results indicate that fishpond mainly influenced the isotopic signatures of biofilms and suspended OM. In line with this result, isotopic niches of the different macroinvertebrate trophic guilds are also modified downstream from the pond. Consequently we may suggest that all the studied trophic guilds consume and integrate autochthonous resources produced into the fishpond. In summary, our work highlights complex interactions between fishpond and headwater streams and underlines the needs to take into account the catchment land use and the stream hydrology before concluding on the fishpond effect on stream functioning.