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A j - METIS

IntégréTéléchargement
Méthodes d’analyse de la
connectivité des habitats
aquatiques fluviaux :
une aide à la décision pour la restauration
des habitats piscicoles
Céline LE PICHON1, Guillaume GORGES1, Jacques BAUDRY2,
Thierry FAURE3 et Hugues BOUSSARD2
(1) Cemagref – HBAN, Parc de Tourvoie, BP44, 92163 Antony, France
(2) INRA SAD – Armorique, 65 route de St-Brieuc, CS84215, 35042 Rennes, France
(3) Cemagref – LISC, 63172 Aubière, France
Pressions humaines sur les cours d’eau
Les aménagements modifient la structure physique des
milieux fluviaux : altération et fragmentation
Population sub-divisée
Population source/puit
Population fragmentée
Habitat intact occupé :
population locale
Habitat altéré occupé :
population locale « puit »
Habitat altéré non
occupé
Habitat disparu
• Altération et disparition des habitats
• Réduction de la connectivité longitudinale et latérale
Comment définir l’habitat du poisson ?
Hall et al. (1997) : “Les ressources et les conditions présentes dans une zone
Reproduction
permettant la survie et la reproduction d’un organisme”
Habitat favorable
à la ponte et à
l’incubation des
oeufs
Protection
Migrations
Habitat refuge
contre les
conditions
environnementales
ou la prédation
Mouvements
Schlosser (1995)
Alimentation
Mosaïque d’habitat
offrant de bonnes
conditions de
croissance
Tache 1
Tache 2
Supplémentation
Complémentation
Dunning et al. (1992)
Aire de population locale
Tache 3
Aire journalière
Alimentation
Importance de la connectivité
Connectivité structurelle et fonctionnelle
Espèce
Qu’est ce qui influence la connectivité ?
• Structure spatiale des taches des habitats ressources
• Composition du paysage entre les taches
Mesures de la connectivité
• Approches empiriques
• Approches de modélisation
Sites étudiés: deux biefs de la Seine
Paris
Se
ine
©IIBRBS
Navigation
3000 t
2
Nogent-sur-Seine
1
ine
Montereau
Aube
Se
Marolles
Conflans-sur-Seine
Bazoches-les-Bray
Troyes
Plaine alluviale de la Bassée
Agglomération
1
Bief aménagé
2
Bief naturel
±
25 km
e
nn
Yo
Cours d’eau
Canal de dérivation
Barrage de navigation
Barrages-réservoirs
Connectivité longitudinale: cas du
barbeau fluviatile et du hotu
Larves
Migration aval vers habitats de
résidence d’origine
(en été et automne)
Migration amont de
reproduction (2000 à 6000 m)
200 m
Rivière
Courant
Habitats
Repos/nourricerie
Alimentation
Mouvements journaliers
(25-60 m à 200-350 m)
Domaine vital (hors reproduction)
(200-600 m à 2400-8000 m)
Frayère
Hivernage
Barbus barbus
Chondrostoma nasus
Mise en œuvre à l’aide de l’outil SIG
Relévés de
terrain GPS
Imagerie
aérienne
Couches SIG
Ripisylve
Embâcles
Substrat
Vitesse du
courant
70m3/s
Hauteur
d’eau 70m3/s
Milieux
annexes
70m3/s
200m
P
r
é
f
é
r
e
n
c
e
s
d’
h
a
b
i
t
a
t
s
Habitat de
repos/nourricerie
70 m3/s
Chenal/annexes
Habitat de repos
200m
Habitat
d’alimentation
70 m3/s
Chenal/annexes
Habitat d’alimentation
0,2 m/s < V < 1 m/s;
D<1m
sable/gravier, gravier
200m
Chenal/annexes
Frayère
Habitat de
reproduction
70 m3/s
Habitats ressources quotidiens
Habitat d’alimentation
Habitat de repos
Autres milieux
Bief naturel (70 m3/s)
0 25 50
1 km
Bief aménagé (80 m3/s)
Partie rectifiée
100 Meters
Quels types de distances dans un cours d’eau ?
La distance fonctionnelle « écologique »: intégrer la
résistance des milieux traversés à l ’aide de la
Résistance Cumulée Minimale (RCM)
B
Knaapen et al. (1992)
100 m
deucl
dhydro
A
Sens du courant
B
Surface en eau
Île
Habitat d’alimentation
Habitat de repos
déco
d éco = RCM(A, B) = min ∫ r(x)dx
chemins possibles
A
Un outil logiciel d’analyse spatiale: ANAQUALAND 2.0
Calcul de distance hydrographique ou fonctionnelle sur carte raster dans un corridor orienté
Calcul de distance hydrographique orientée:
Distance vers la frayère amont
frayere_g5a_150_patch_1
frayere_g5a_150_patch_2
frayere_g5a_150_patch_3
frayere_g5a_150_patch_4
frayere_g5a_150_patch_5
frayere_g5a_150_patch_6
frayere_g5a_150_patch_7
frayere_g5a_150_patch_8
frayere_g5a_150_patch_9
frayere_g5a_150_patch_10
frayere_g5a_150_patch_11
frayere_g5a_150_patch_12
frayere_g5a_150_patch_13
frayere_g5a_150_patch_14
frayere_g5a_150_patch_15
frayere_g5a_150_patch_16
frayere_g5a_150_patch_17
patch_1 patch_2 patch_3 patch_4 patch_5 patch_6 patch_7 patch_8 patch_9 patch_10 patch_11 patch_12 patch_13 patch_14 patch_15 patch_16 patch_17
0
-1
119
-1
267
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
104
0
454
-1
602
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
0
-1
81
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
300
175
651
0
799
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
0
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
2687
2562
3038
2391
3186
0
2
-1
1482
-1
68
114
1000
1281
253
498
578
2621
2496
2971
2325
3120
-1
0
-1
1416
-1
2
48
933
1215
186
432
512
2993
2868
3343
2697
3492
109
308
0
1788
-1
374
420
1305
1587
558
804
884
970
845
1320
674
1469
-1
-1
-1
0
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
3008
2882
3358
2712
3506
124
322
2
1803
0
389
435
1320
1602
573
819
899
2575
2450
2926
2279
3074
-1
-1
-1
1370
-1
0
2
888
1169
140
386
466
2570
2445
2920
2274
3068
-1
-1
-1
1365
-1
-1
0
882
1164
135
381
461
1698
1572
2048
1401
2196
-1
-1
-1
493
-1
-1
-1
0
291
-1
-1
-1
1273
1147
1623
977
1771
-1
-1
-1
68
-1
-1
-1
-1
0
-1
-1
-1
2245
2120
2595
1949
2743
-1
-1
-1
1040
-1
-1
-1
557
839
0
56
121
2123
1997
2473
1827
2621
-1
-1
-1
918
-1
-1
-1
435
716
-1
0
48
2072
1947
2423
1776
2571
-1
-1
-1
867
-1
-1
-1
385
666
-1
51
0
Connectivité structurelle:
la complémentation à l’échelle journalière
Indice de proximité à l’habitat de repos* : Degré d’isolement spatial
d’une tache d’habitat Aj par rapport à l’habitat R pour une distance de recherche
donnée.
n
PX (H j / R ) = ∑
Aire( Rjs )
s =1
(Djs )
2
Distance hydrographique
Rjs
Rjs
Djs
Rjs
Djs
Aj
*modifié d’après Gustafson et Parker (1994)
Proximité à l’habitat de repos Surface de l’habitat d’alimentation (m²)
Qualité des taches de l’habitat d’alimentation
Bief aménagé 80 m3/s
Bief naturel 70 m3/s
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
Amont
Aval
Amont
Aval
0
0
5
10
15
20
0
2
4
6
8
4
6
8
Distance au barrage amont (km)
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0
5
10
15
20
0
2
Distance au barrage amont (km)
Connectivité fonctionnelle:
la complémentation à l’échelle saisonnière
Habitat de reproduction à 70m3/s
200m
Résistance cumulée
minimale (RCM) pour
atteindre Hj
Hj
Probabilité d’atteindre Hj
Hj
Hj
Chenal, annexes
Frayère
Modélisation
moindre coût
Analyse
spatiale
Carte de résistance au
déplacement à 70m3/s
0
5
10 20
60 100
0,2 0,5 0,75 0,8 0,9 1
RCM (x10²m)
Probabilité
150mm
Proba(Hj)
Résistance
1
3
8
28
33
111
500
Coefficient de résistance (r):
basé sur les capacités de nage
et les comportements de
mouvements en lien avec le
risque de prédation
RCM(Hj)
Connectivité longitudinale des frayères:
cas du barbeau fluviatile
Confans-sur-Seine
Probabilité d’atteindre la
frayère la plus proche
0,2 - 0,5
0,5 - 0,75
0,75 - 0,8
0,8 - 0,9
150mm
0,9 - 1
Pont-sur-Seine
0
±
500 1 000 Mètres
Nogent-sur-Seine
La Tombe
0
±
500 1 000
Mètres
Connectivité latérale des frayères: cas du Brochet
Larve
nageante
Migration des juvéniles
vers le cours d’eau
Frayère inondée
Chenal principal, noue
Milieux annexes
juvénile
Œufs
adhérents
Embryon
libre
Ponte des oeufs
Adulte
Migration des adultes vers
les frayères
Mise en œuvre à l’aide de l’outil SIG
Bief aménagé
0,400
0,350
0,300
Usage du sol
0,250
0,200
Série1
0,150
0,100
0,050
0,000
24/05/02
13/06/02
03/07/02
23/07/02
12/08/02
01/09/02
21/09/02
Chronique des
hauteurs d’eau
(limnimètre)
Expertise et littérature
11/10/02
Lignes de niveau
issues du modèle
numérique de surface
de la plaine
Bief naturel
Sélection des
substrats favorables
au brochet
Frayères potentielles
Surface « réelle »
Zones inondées
H > 20 cm
V < 0,3 m/s
Débits croissants
Réseau
Hydrographique:
voies de migration
Zones tampons en
fonction de la distance
au réseau
Distances au réseau en
5 classes
Note de qualité des
frayères en fonction
de l’usage du sol
Surface « effective »
Taux de retour des 0+
au cours d’eau
Surface « utile »
Usage du sol et réseau hydrographique
(principal et secondaire)
Légende
0
±
700
Voies de migration
Usage du sol potentiellement favorable
Milieux aquatiques
1 400 Mètres
Peupleraies jeunes claires
Peupleraies âgées denses
Pâturage ou prairies de fauche
Hautes herbes embrousaillées
Ripisylve
Qualité des frayères et zones inondées
crue 160 175 180 240 288
0
380
750
±
1 500
Qualité des frayères
3 000
Meters
0,1
0,2
0,4
0,5
0,8
1
Ripisylve
Peupleraies âgées denses
Milieux aquatiques
Peupleraies jeunes claires
Hautes herbes embrousaillées
Pâturage ou prairies de fauche
Frayères potentielles au débit 160 m3/s en fonction de leur
distance aux voies de migration
Légende
Crue 160 m3/s
0
±
700
Voies de migrations
Classe de distance aux
voies de migrations
1 400 Mètres
0-50 m
50-100 m
100-200 m
200-300 m
300-400 m
400-500 m
Frayères potentielles au débit 380 m3/s en fonction de leur
distance aux voies de migration
Légende
Crue 380 m3/s
0
±
700
Voies de migrations
Classe de distance aux
voies de migrations
1 400 Mètres
Taux de retour
des jeunes
0-50 m
92,5%
50-100 m
80,0%
100-200 m
76,7%
200-300 m
61,8%
300-400 m
44,9%
400-500 m
30,0%
Evolution des trois types de surfaces potentielles de frayères
en fonction du débit
Surface réelle (SR)
Surface de frayères potentielles (ha)
1800
1600
Surface effective (SE = SR * Qualité)
Surface utile (SU = SE * Taux retour)
1400
Bief naturel
1200
1000
800
600
400
Bief aménagé
200
0
150
200
250
300
3
Débit (m /s)
350
400
Contribution à la restauration des habitats piscicoles
Métriques de qualité locale ou globale d’un habitat
Cartes de visualisation la connectivité globale d’un secteur
Outil logiciel spécifique: Anaqualand
Permettant :
Identifier l’habitat critique
Préserver les taches d’habitat de qualité
Hiérarchiser les secteurs à restaurer
Tester des scénarios
Tache d’habitat d’alimentation
restaurée
Perspectives
Application des méthodes à d’autres cours d’eau et
taxons, échelle des segments (10aine de km)
• Projet « Ville de Paris » et mission Oklahoma (US)
Poursuite de la validation biologique
• Modèles statistiques pour les espèces de faibles occurrences
• Télémétrie physiologique pour valider la modélisation de la
connectivité
Application à des échelles bassin versants (100aine de km)
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