Restauration morpho-dynamique et redynamisation de la section court-circuitée du Rhin en aval du barrage de Kembs (projet INTERREG / EDF)

National audienceThe Upper Rhine River has been heavily impacted by channelization for flood protection and navigation, and then by damming for hydropower generation. In normal non flooding conditions, most of the flows are diverted in a canalized section whereas the regulated “old Rhine” bypassed reach runs a minimum flow. Between Huningue and Neuf-Brisach, engineering works induced simplification and stabilization of the channel pattern from a formerly braiding sector to a single incised channel, hydrological modifications, bottom armouring due to bedload decrease, and thus ecological alterations. Two complementary and interdisciplinary projects have been initiated to restore alluvial morphodynamics: i) the international “INTERREG IV - Redynamisation of the old Rhine” project (2009-2012) coordinated by the Alsace region, France; ii) the left bank “controlled erosion” project launched by Electricité de France (EDF) within Kembs hydroelectric station relicensing process since 2003-2004. The purpose of these projects is to evaluate the feasibility of an important hydro-morphological and ecological restoration plan on a 45 km long reach, through both field testing of bank erosion techniques at favourable locations, and artificial sediments input from right bank excavations. This will help define possible long term prospective scenarios, in order to restore sustainable sediment transport, morphodynamics variability and associated ecological functions. The study will involve historical analysis, hydro-morphological / hydraulic physical and numerical modelling, physical and ecological monitoring, and sociological aspectsLe Rhin alsacien-allemand a enregistré de profondes modifications morphologiques et hydrologiques à la suite de sa correction et de sa régularisation pour la protection contre les crues et la navigation, puis après la construction de barrages hydro-électriques. Les aménagements réalisés entre Huningue et Neuf-Brisach ont engendré une simplification et une stabilisation du style fluvial. Un fleuve en tresses a cédé la place à un chenal unique incisé. Le fond de chenal est devenu pavé à cause d’une diminution des apports de charge de fond et des altérations écologiques ont été observées (simplification des habitats aquatiques et riverains). Deux projets complémentaires et interdisciplinaires ont été engagés afin de restaurer une dynamique des formes alluviales : i) le projet international INTERREG IV – Redynamisation du Vieux Rhin (2009-2012) sous l’impulsion de la région Alsace ; ii) le projet d’érosion maitrisée des berges de la rive gauche conduit par Electricité de France (EDF) dans le cadre du renouvellement de la concession de l’aménagement de Kembs. L’objectif des deux projets est de définir un plan de restauration hydro-morphologique et écologique conduisant à la redynamisation d’un tronçon de 45 km. L’étude repose sur une analyse historique, l’exploitation de modèles à la fois physiques et numériques, et les suivis morphologiques in situ d’une recharge artificielle en sédiments et d’érosions de berge contrôlées. Ces études de faisabilité sont complétées par des analyses écologique et sociologique pour apprécier l’impact socio-environnemental de ces projets

Some aspects of the interactions between forest litters and aquatic or terrestrial ecosystems

We have examined the processes responsible for the disturbing effects of dead leaves in freshwater environments. The first is a biochemical deoxygenation caused by the polyphenoloxidase-polyphenol system, which remains active in dead leaves. The intensity of this effect considerably varies from species to species. It depends on the quantity and nature of the phenolic substrates, as well as of the phenoloxidase activities, the presence of variable amounts of phenoloxidase inhibitors such as tanins, and the aqueous extractibility of these agents. The deoxygenating effect of dead leaves macerates is immediate and intense for some species, for example Poplar and Ash, but weak for others, such as Oak and Birch. This first process is followed by two others : 1 ) microbiological deoxygenation and 2) spontaneous precipitation of phytomelanins resulting from their oxidative polycondensation. These phytomelanins have ion exchange and sequestration properties. Nevertheless their disturbing effects o n the aquatic environment are poorly understood at the present time. A fourth process is the toxicity of leaf macerates. This toxicity is probably due to their phenolic compounds, their oxidation products, or other compounds such as saponosides. Thus the Birch, in spite of a very weak deoxygenating effects is very toxic for juvenile roaches. We studied these four different processes in ten different species, and we established their respective role in the pollution of freshwater by dead leaves. These roles are discussed in terms of the phylogeny of the tree species studied, as well as of the functionning of temperate forest ecosystems

Le transfert du mercure (Hg) utilisé comme descripteur du fonctionnement hydrologique (échanges cours d'eau - nappe) dans la plaine alluviale du Rhin supérieur : impact des aménagements

Des dosages de mercure (Hg) ont été effectués dans des espèces de mousses aquatiques (bryophytes), Fontinalis antipyretica Hedw., Cinclidotus danubicus Schiffn. & Baumg., Cinclidotus nigricans (Brid.) Wijk & Marg. et Amblystegium riparium Hedw., prélevées dans le réseau hydrographique de la plaine rhénane d'Alsace (Rhin canalisé, son principal affluent l'Ill qui possède un champ d'inondation fonctionnel et dans le réseau des rivières phréatiques, Fig. 1). Le choix des points de prélèvement a été basé sur les résultats obtenus lors des études antérieures utilisant les méthodes des traceurs hydrologiques (Cl-), et des analyses physico-chimiques de l'eau (NO3-, PO4 3-, NH4+) et la méthode de bioindication de la qualité de l'eau basée sur les groupements végétaux. Des variations caractéristiques des teneurs mercurielles des mousses aquatiques ont été observées (Fig. 2). Des teneurs (moyennes annuelles) plus élevées (allant jusqu'à 0,29 µg Hg.g-1, ms) relevées dans les cours d'eau phréatiques concernent surtout ceux situés à proximité du Rhin et visualisent des secteurs d'infiltration d'eau contaminée du fleuve canalisé vers sa nappe riveraine. Des zones de la nappe à faibles teneurs en mercure des mousses (0,05 µg Hg.g-1, ms) représentent des secteurs de la nappe exempts de contamination mercurielle. Les zones les plus vulnérables de la nappe phréatique rhénane sont les secteurs amont des usines hydroélectriques et les coudres du fleuve (Fig. 5), d'une part pour la pollution mercurielle « historique » du Rhin canalisé, et d'autre part pour des contaminations chroniques, surtout par des polluants persistants. Au contraire du Rhin canalisé, la rivière Ill également fortement contaminée par le Hg, dans la partie aval de son cours, ne fuit pas dans son lit mineur. Lors des inondations, cette rivière assure l'épuration des eaux de crue grâce au système de rétention « sol-végétation » et recharge ainsi la nappe phréatique en eau d'excellente qualité : la végétation absorbe des nutriments et les colloïdes du sol (argiles, limons) adsorbent des cations et donc du mercure. Les résultats de cette étude confirment l'impact de la canalisation du Rhin sur les échanges rivière - aquifère et l'importance de la préservation d'un champ d'inondation fonctionnel pour la qualité de l'eau des nappes alluviales

Les mousses aquatiques, bioindicateurs du niveau de pollution chimique. Utilisation des mousses aquatiques dans une étude sur le transfert du mercure en tant que descripteur du fonctionnement hydrologique (échanges cours d'eau - nappe) en plaine d'Alsace

Des dosages de mercure (Hg) ont été effectués dans quatre espèces de Bryophytes aquatiques (Fontinalis antipyretica Hedw., Cinclidotus danubicus Schiffn. & Baumg., Cinclidotus nigricans (Brid.) Wijk & Marg., Amblystegium riparium Hedw.) prélevés dans le réseau hydrographique de la plaine rhénane d'Alsace. Les points de prélèvements ont été choisis en fonction de connaissances antérieures sur les modalités d'échange Rhin et affluents - nappe. Les résultats permettent d'opposer les mécanismes d'échange entre les deux principaux hydrosystèmes de la plaine (Rhin et III) et leur nappe riveraine ainsi que de confirmer les résultats antérieurs obtenus en utilisant d'autres traceurs (nitrates, chlorures et phosphates). Les rivières phréatiques situées à proximité du Rhin canalisé révèlent des teneurs importantes en Hg, ce qui démontre l'existence d'infiltrations directes des eaux du Rhin ( " filtrats rhénans") à travers le lit canalisé poreux (constitué de graviers et de sables) dans la nappe phréatique. Les secteurs à fortes infiltrations se situent à l'amont des barrages hydroélectriques à la hauteur des biefs de rétention d'eau. Ces secteurs sont donc particulièrement vulnérables à des pollutions “ historiques”, comme celle par le mercure (forte pollution dans la décennie 1970). L'aval des barrages au niveau des canaux de fuite constitue par contre et bien évidemment un site privilégié de drainage de la nappe. Dans le cas de la rivière III, tout le réseau phréatique du lit majeur ordinaire fonctionnel (champ d'inondation) est très peu contaminé par le mercure, bien que l'III le soit fortement. L'Ill, à l'inverse du Rhin draine ordinairement la nappe phréatique, du moins dan le secteur d'étude à la hauteur de l'axe Rhinau - Benfeld. En période de crue inondante elle assure la recharge de la nappe en eau d'excellente qualité grâce au système d'épuration efficace > que constitue le champ d'inondation : la rétention du mercure provenant des eaux d'inondation est très forte dans les sols riches en colloïdes