Réponses des poissons et des macroinvertébrés aux variations rapides des conditions hydrauliques à l’aval des centrales hydroélectriques gérées par éclusées - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Fish and macroinvertebrates responses to frequent and rapid variations of hydraulic conditions downstream hydropeaking hydropower plants

Réponses des poissons et des macroinvertébrés aux variations rapides des conditions hydrauliques à l’aval des centrales hydroélectriques gérées par éclusées

Résumé

Hydropeaking is the frequent and rapid artificial variations in flow to meet sub-daily peaks in electricity demand. The hydraulic variations it generates can cause the stranding or forced drift of organisms, which can lead to changes in aquatic community structure. To date, at either the reach (100 m) or microhabitat (~ m2) scale, few studies have demonstrated transferable links between hydropeaking variables (e.g. upramping rate of current velocity) and biological responses (e.g. species density, habitat selection). It is often difficult (1) to translate flow into proximal hydraulic conditions and (2) to test the relative influence of hydropeaking versus other environmental drivers. To address this knowledge gap, in our first paper, we evaluated the effects of hydraulic variations from hydropeaking on fish communities. In particular, we conducted an original combination of spatial (over 45 river reaches including six groups of nearby reaches) and temporal (over 3 to 17 years) analyses. We found that the influence of hydropeaking was secondary compared to well-known spatial variations in fish assemblage structure along longitudinal gradients, and negative influences of floods on annual densities. However, spatial and temporal analyses suggested that hydropeaking may disfavour fish species from medium-sized rivers compared to species from small rivers (trout, minnow and sculpin). To better understand the effects of hydropeaking, in our second paper, we investigated habitat selection by fish and macroinvertebrates in a medium-sized river (Ain River) at the microhabitat scale (~ m2). To do so, we used observations of fish abundances in 1180 microhabitats (507 sampled by electrofishing, 673 by snorkeling) and macroinvertebrates abundances in 36 microhabitats (hyporheic and benthic) as well as a 2D hydraulic model to estimate the past hydraulics of microhabitats (for the 15 days before sampling). Overall, past hydraulics influenced microhabitat selection, with a stronger effect on macroinvertebrates than fish and a stronger direct influence of dewatering (3-15 times fewer macroinvertebrates in microhabitats that were dewatered) than high velocities. Fish follow their suitable habitat conditions and thus avoid high velocities while macroinvertebrates stay and hide. Based on these two analyses, operational perspectives are proposed, in particular to integrate the results into management models.
Les éclusées sont des variations artificielles, fréquentes et rapides du débit permettant de répondre à des pics infra-journaliers de la demande d'électricité. Les variations hydrauliques qu'elles génèrent peuvent provoquer l'échouage-piégeage ou la dérive forcée des organismes ce qui peut entrainer des changements dans la structure des communautés aquatiques. Jusqu’à maintenant, que ce soit à l’échelle de tronçon (~ 100 m) ou du microhabitat (~ m2), peu d’études ont mis en évidence des liens transférables entre les variables liées aux éclusées (p.ex. gradient de hausse de vitesse) et les réponses biologiques (p.ex. densité des espèces, sélection de l’habitat). Il est souvent difficile (1) de traduire les débits en conditions hydrauliques proximales et (2) de tester l’influence relative des éclusées par rapport aux autres déterminants environnementaux. Afin de combler ces lacunes de la littérature, dans notre premier article, nous avons évalué les effets des variations hydrauliques provoquées par les éclusées sur les populations de poissons en réalisant une combinaison originale d'analyses spatiales (sur 45 tronçons de rivières dont six groupes de tronçons géographiquement proches) et temporelles (sur 3 à 17 ans). Nous avons montré que l'influence des éclusées était secondaire par rapport à la structuration le long des gradients longitudinaux et aux influences négatives des crues sur les densités annuelles. Cependant, les analyses spatiales et temporelles ont suggéré que les éclusées défavorisent les espèces de poissons typiques des rivières de taille moyenne au profit des espèces typiques des petites rivières (truite, vairon, chabot). Pour mieux comprendre les effets des éclusées, dans notre second article, nous avons étudié la sélection de l’habitat des poissons et des macroinvertébrés dans une rivière de taille moyenne (la rivière d’Ain) à l’échelle du microhabitat. Pour ce faire, nous avons utilisé des observations des abondances de poissons dans 1180 microhabitats (507 échantillonnés par pêche électrique, 673 par observations subaquatiques) et des abondances de macroinvertébrés dans 36 microhabitats (hyporhéiques et benthiques) ainsi qu’un modèle hydraulique 2D pour estimer l’hydraulique passée des microhabitats (pendant les 15 jours avant l'échantillonnage). Globalement, l'hydraulique passée a influencé la sélection des microhabitats, avec un effet plus fort sur les macroinvertébrés que sur les poissons et une influence directe plus forte de l'assèchement (3-15 fois moins de macroinvertébrés dans les microhabitats qui s’assèchent) que des fortes vitesses passées. Les poissons suivent leurs conditions d’habitat favorables et évitent donc les fortes vitesses tandis que les macroinvertébrés restent et se cachent. A partir des résultats de ces deux analyses, des perspectives opérationnelles sont proposées, notamment pour intégrer les résultats dans les modèles de gestion.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03638828 , version 1 (12-04-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03638828 , version 1

Citer

Clarisse Judes. Réponses des poissons et des macroinvertébrés aux variations rapides des conditions hydrauliques à l’aval des centrales hydroélectriques gérées par éclusées. Ecologie, Environnement. Université de Lyon, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LYSE1201⟩. ⟨tel-03638828⟩
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