Effets écologiques de rejets urbains de temps de pluie sur deux cours d'eau periurbains de l'ouest lyonnais et un ruisseau phreatique en plaine d'alsace

Cette thèse s'inscrit dans une recherche pluridisciplinaire sur la préservation et la restauration d'un « bon état écologique » dans les cours d'eau, et ce dans un contexte de développement durable et réaliste. L'objectif de cette thèse est la connaissance des relations entre les flux de polluants, provenant de déversoirs d'orage, et l'état écologique de plusieurs cours d'eau. Ces relations ont été étudiées à partir de l'examen de variables physiques et chimiques et des biocénoses aquatiques interstitielles, principalement les peuplements d'oligochètes, le concept « d'ambiance écologique » constituant le cadre conceptuel du travail. Trois sites ateliers ont été retenus, afin de disposer de gradients hydrogéomorphologiques et chimiques contrastés. Le premier site (le Brünwasser) est un cours d'eau phréatique du ried alsacien, soumis à des pollutions importantes (déversoirs d'orage, rejets d'une station d'épuration). Le second est la Chaudanne, ruisseau périurbain de l'ouest de l'agglomération lyonnaise (bassin de l'Yzeron), site atelier étudié depuis 1998 et soumis à des surverses de déversoirs d'orage. Le troisième est l'Yzeron, dans un secteur rural et un secteur urbain. Les unités fonctionnelles (UF) sur lesquelles ont porté les recherches sont les sédiments grossiers superficiels (UF3) et le milieu hyporhéique (UF4). Ces unités, prédominantes dans les sites étudiés, constituent les habitats où se produit l'essentiel de l'activité métabolique du milieu. Les peuplements d'oligochètes ont permis de définir des traits fonctionnels (TRFs), qui regroupent les informations écologiques communes qu'apportent plusieurs espèces pour caractériser le fonctionnement du système. Quatre traits fonctionnels ont été retenus : TRF1 (perméabilité), TFR2 (sensibilité à la pollution), TRF3 (résistance à la pollution), TRF4 (effet boues). Les TRF1 et 2 se rencontrent dans les secteurs préservés de la Chaudanne et de l'Yzeron, mais aussi dans d'autres milieux de référence. Ils sont favorisés par des situations d'énergie haute à modérée et par des dynamiques actives d'échanges entre les eaux superficielles. Les TRFs 1 et 2 pourraient être retenus comme critères d'un « bon fonctionnement » ou d'un « bon état écologique » au sens de la DCE et servir de modèles de restauration du milieu. Un nouveau TRF (TRFi) a été validé et caractérise un état fonctionnel moyennement altéré (pas de très fortes crues ou d'étiages sévères, pollution organique moyenne). Le TRF3, et surtout le FTR4, caractérisent les états fonctionnels les plus dégradés, en particulier ceux où l'on rencontre les plus importantes synergies entre les rejets polluants, les dynamiques d'infiltration et le stockage de la pollution dans l'UF4 (milieu hyporhéique). Les dynamiques d'infiltration semblent favorisées par les flux provenant des déversements d'orage, et sont accentuées par un contexte géomorphologique favorable à l'infiltration (rupture de pente). Les temps de réponses des TRF aux paramètres hydrauliques ont montré que 60 jours de débits soutenus (débit minimum de 0.03 M3 s-1) pour l'UF3 et 120 jours pour l'UF4 sont nécessaires pour que ces deux UF se restaurent (diminution significative du TRF4). A partir des résultats acquis sur les trois sites ateliers et de données provenant d'autres systèmes comme la Loire, le Rhône, la Moselle, l'Azergues ou la rivière glaciaire Roseg, une typologie du fonctionnement écologique des cours d'eau à permis de mettre en évidence 7 types distincts, allant d'un type très préservé (rivière Roseg, Chaudanne et Yzeron amont : type 1), à des types très altérés (Chaudanne S4, Moselle, Brünwasser, types 6 et 7), où la synergie entre altérations physiques (prédominance des dynamiques d'infiltration) et chimiques (rejets industriels ou domestiques accusés) est la plus prononcée. Cette typologie est basée sur le découpage en zones du plan factoriel d'une ACP normée, dont les variables, pour chaque station étudiée, sont les traits fonctionnels des sédiments grossiers superficiels (UF3) et du milieu hyporhéique (UF4). Un guide technique de mise en ½uvre des TRF et de la typologie est proposé et constitue les premières bases d'une bioindication opérationnelle des fonctionnalités du milieu. Des perspectives de recherche sont avancées pour améliorer la typologie actuelle, préciser la signification des fonctionnalités associées aux 5 TRF actuels et proposer d'autres TRF, dont le TRF5 (constance temporelle d'un type donné) et le découpage du TRF1 en 2 TRF (TRF1a, Lumbriculidae et Propappidae dominants, milieux perméables sans déficits hydriques, TRF1b, Enchytraeidae dominants, milieux perméables à déficits hydriques). Ces perspectives ne peuvent fonder leur existence que dans le cadre de recherches pluridisciplinaires.