Regards croisés sur l'état de la Loire Moyenne : potamoplancton et qualité de l'eau, quel enseignement tirer de 20 années d'études ?

Cross overlook on the Middle Loire river status: potamoplankton and water quality, which lessons to draw from twenty years studies?

Université Blaise Pascal, UMR CNRS 6042, Equipe Hydrosystèmes & Bassins Versants, Maison de la Recherche, 63057 Clermont-Ferrand Cedex (France)

Résumé

La Loire est utilisée par l'homme depuis très longtemps et c'est au début des années soixante qu'Electricité de France s'est préoccupée des nuisances que pouvait apporter la réfrigération de ses centrales thermiques. La mise en place de la Loi relative aux installations classées pour l'environnement, qui date de 1976, a conduit cet organisme à mettre en place des études de surveillance écologique du milieu. Les échantillons recueillis entre juin et octobre, de 1982 à 2001, ont permis de suivre les variations de la qualité de l'eau en relation avec les communautés vivantes. Les résultats obtenus aux trois stations échantillonnées en amont et en aval des sites de Dampierre-en-Burly et de Saint-Laurent-des-Eaux situés de 550 km à 640 km des sources du fleuve, ont servi de base de données. Dans le Val de Loire, les écoulements offrent des situations contrastées et les étiages peuvent être très sévères. L'habitat physique est un élément déterminant du développement du potamoplancton ; celui-ci est favorisé par les zones lentiques qui peuvent représenter une large part de la masse d'eau. Les divers apports de nutriments contribuent à un développement massif d'algues planctoniques et, avec des teneurs en chlorophylle >200 μg.l^-1, c'est l'un des fleuves européens les plus riches en algues. L'examen des données recueillies pendant ces vingt années a permis de constater que l'oxygénation de l'eau de ce secteur de fleuve est étroitement liée à la quantité d'algues, les processus de production l'emportent au regard de la demande biochimique en oxygène. Les éléments nutritifs et la silice sont corrélés positivement aux débits. Les nitrates, corrélés négativement à la densité algale, ont été moins consommés au cours des dernières années. Au cours des années hydrologiquement déficitaires, les phosphates ainsi que la silice tendent à devenir limitants. En outre, parallèlement à la baisse des flux de phosphates (en limite de détection depuis 1998), la densité des algues a diminué depuis 1995 (site amont) et depuis 1996 (site aval). Ceci suggère que les efforts d'épuration développés par les Agences de l'Eau portent leurs fruits, mais en conséquence, il s'est produit une diminution concomitante des teneurs en oxygène dissous. Ces algues pouvant être régulées par leurs consommateurs potentiels, une étude des rotifères (composants quasi-exclusifs des métazoaires zooplanctoniques vivant en Loire moyenne) s'est ajoutée aux autres variables à partir de 1995. Sur cette période de moyen terme (1995-2001), caractérisée par des eaux relativement basses, les teneurs en oxygène dissous ne sont plus liées aux algues dont la densité est corrélée positivement à la DBO₅, ce qui sous entend que les processus de décomposition prennent de l'importance. Durant cette période, tandis qu'une baisse progressive des Chlorophycées se dessine, la corrélation positive entre ces algues vertes et les rotifères, suggère que si ces derniers sont susceptibles de les réguler, la nourriture algale n'est pas limitante. Le potamoplancton demeure dans l'ensemble bien diversifié. Les rejets d'eau chaude, qui se sont considérablement atténués au cours du temps, de par l'évolution de la conception des nouvelles centrales, ne paraissent pas affecter les communautés vivantes. Au cours de ces dernières années, celles-ci ont été exposées à des perturbations de l'environnement de courte durée (résiduels de chlorations, déplacements de matériaux en suspension). L'environnement local contribue à l'hétérogénéité de distribution du potamoplancton et l'examen attentif de la base de données a permis d'illustrer ses fortes capacités de récupération. L'effet des chlorations sur les algues s'est estompé en moins d'un mois et la diversité spécifique des rotifères s'est rapidement rétablie. Les nuisances liées à différents travaux de terrassement (pont de Loire en amont, pose de diffuseur par EDF, etc.) ont été diversement ressenties : la densité des rotifères a été affectée avant de se rétablir à nouveau et l'impact visuel des films bactériens a perduré localement plusieurs années. Ces données de base recueillies sur 20 années s'avèrent représenter un outil de travail pertinent pour définir ce que doit être "le bon état écologique" de ce secteur de Loire, à atteindre à l'horizon 2015, pour satisfaire à l'objectif de la Directive Cadre Européenne sur l'eau. Le bilan actuel illustre tout l'intérêt de disposer de longues séries de données : cette étude a montré qu'au cours de ces dernières années il s'est produit une diminution significative de la quantité d'algues, mais aussi des teneurs en oxygène dissous. En outre, elle a permis de mettre en évidence que les communautés potamoplanctoniques demeurent bien diversifiées et que le système biologique, observé dans ce secteur largement eutrophe de Loire Moyenne, est résilient.

Abstract

The river Loire was used by man since a long time and in the sixteen's, Electricité de France was concerned about nuisances that might introduce the cooling of its thermal power plants. The establishment in 1976, of the Law about the listed installations for environment, lead this organism to put ecological surveillance programmes in place. The variations in water quality, extracted from comparable data collected bimonthly from June to October, were followed during 20 years in connection with planktonic communities. The databases are those of three stations sampled up and downstream the power plants of Dampierre-en-Burly and Saint-Laurent-des-Eaux, situated at 550 km and 640 km from the springs. The "Val de Loire" is characterised by sharply contrasting flows, with severe low waters. The physical habitat is a determining factor in the potamoplankton growth, which is favoured by lentic areas that can represent large surfaces. With chlorophyll a measures that can reach values higher than 200 μg.l^-1, the Middle Loire was found among the richer European rivers. The examination of the data collected from 1982 to 2001 established that water oxygenation was closely linked to the algal density and, related to the BOD₅, the production processes were prevailing. Nutrient and silicate were positively correlated to the river discharge. The nitrates were negatively correlated to the algal density, but less consumed for the last years. The phosphates that were beyond the limits of detection since 1998, tended to be limiting and the silica too. The fluxes in phosphates and algae have decreased parallel to the algal density and the dissolved oxygen, which suggests that catchment area treatments performed by the Loire-Bretagne Water Agency authorities were fruitful. Moreover, a study of the rotifers was added since 1995 due to their potential control on algae, This medium-term period (1995-2001) was characterised by low-waters, the dissolved oxygen were no more correlated to algae whose density was positively correlated to BOD₅, showing that decomposition processes gained in importance, contrary to the primary production evolution over the oxygen balance. During this period, while the Chlorophytes tended to decrease, their positive correlation with rotifers suggested that these filter-feeders, which were not food limited, could regulate the algae. The potamoplankton remained very well diversified. The heated water discharge, considerably attenuated with time due to improvement in cooling systems of power stations, did not seem affect the living communities that have been exposed to short-term disturbances (chlorination residues, increase in suspended matter). The local environment was in part responsible for the distribution heterogeneity of the living material and the detailed examination of the database allowed illustrating their high recovery capacity. Algae recuperated from the chlorination disturbance in less that one-month and the specific rotifers diversity was quickly re-established. The disturbances due to the earthworks in the riverbed were variously received, the rotifers density was affected before to be re-established and bacterial films were locally visible for several years. The 20 years data are a pertinent tool to specify what is "the good ecological condition" of the Middle Loire, which had to be reached on the 2015 horizon in the frame of the Water European Directive. The actual assessment allows saying that the biological system in this largely eutrophic section of the Middle Loire was resilient and the community well diversified. In contrast, the decrease in algae that came last leaded to a decrease in dissolved oxygen, such results showing the public interest to have long term series data.