Soutenance mémoire
En France, les zones humides recouvrent près de 2 500 millions d’hectares, soit près de 5% du territoire métropolitain (Grimonprez 2018). Bien qu’elles aient longtemps été considérées comme des zones insalubres et non utilisables pour la production agricole, elles sont aujourd’hui vues comme des milieux riches en biodiversité remplissant des fonctions importantes pour l’Homme et l’environnement. Que ce soit pour l’épuration des eaux, la recharge des nappes, la protection des sols ou encore la régulation des crues, les zones humides sont indispensables pour les services écologiques qu’elles rendent. L’Article 1 de la Convention RAMSAR définit les zones humides comme des « étendues de marais, de fagnes, de tourbières ou d’eaux naturelles ou artificielles, permanentes ou temporaires, où l’eau est stagnante ou courante, douce, saumâtre ou salée, y compris des étendues d’eau marine dont la profondeur à marée basse n’excède pas six mètres. », représentant ainsi une grande diversité d’habitats( Secrétariat de la Convention de Ramsar, 2016).
Les zones humides sont des milieux sensibles et menacés. Suivant les régions du monde, entre 30 et 90% de leurs surfaces ont été perdues (Junk et al. 2013). La France n’y échappe pas. En effet, il a été estimé que plus des deux tiers des zones humides métropolitaines ont été détruites (Bernard 1994). De plus, l’Organisme Mondiale pour la Biodiversité a évalué que seules 7% des zones humides considérées comme remarquables sont en bon état de conservation. Cette forte dégradation est due aux activités humaines, qu’elles soient directes, notamment par les opérations d’aménagement foncier entrainant comblement des mares, redressement des rivières, mise en culture des fonds de vallée ; ou indirectes, par la pollution des eaux, l’abaissement des lignes d’eau et des nappes, la pisciculture, l’endiguement par exemple (Berton et Bacchi 1996). En Bretagne, les zones humides recouvrent actuellement 8.1% du territoire alors que 20.7% de la région est classée comme zone humide potentielle. Ainsi, 61% des zones humides ont été détruites, ce qui correspond environ à la moyenne nationale (Dausse et al. 2000).
Ainsi, des mesures sont engagées pour limiter la dégradation et la destruction des zones humides. C’est le cas de la mesure ERC (Eviter, Réduire, Compenser) Cette mesure est notamment définie dans la disposition 8 B-1 du SDAGE Loire-Bretagne (Secrétariat technique du bassin Loire-Bretagne, 2016). Lors de travaux impliquant la dégradation ou la destruction d’une zone humide, le maître d’ouvrage doit, dans un premier lieu, chercher un autre emplacement pour le projet ou une alternative au projet initial. Si aucune alternative n’est envisageable, une réduction des impacts doit être faite au maximum ainsi qu’une compensation. Cette dernière doit répondre à trois conditions. La zone humide compensée doit être équivalente sur le plan fonctionnel, équivalente sur le plan de la qualité de la biodiversité et être située dans le même bassin versant de la masse d’eau. Les gestionnaires de milieux naturels et collectivités engagent également des actions de restauration volontaire, dans un objectif de reconquête de la biodiversité ou des fonctions perdues.
Présentation de l’entreprise
Implantée à Rennes, sur le site d’AGROCAMPUS OUEST, et à Quimper, l’Unité Mixte de Recherche INRAAGROCAMPUS OUEST “Sol Agro et hydrosystème Spatialisation” (UMR SAS) accueille 70 personnes dont 40% de chercheurs, d’enseignants-chercheurs et d’ingénieurs, 40% de techniciens et 20% d’étudiants. Les compétences de l’UMR relèvent de l’agronomie, de la science du sol et de l’hydrologie. Les travaux conduits ont pour objectif de produire, diffuser et valoriser des connaissances et des savoir-faire sur le fonctionnement et les interactions entre milieu naturel et agriculture intensive, afin de contribuer à l’élaboration de systèmes de production agricole durables, à l’amélioration de l’aménagement de l’espace rural, à la préservation des ressources naturelles (eau, sol, air, paysage).
Les zones humides
Fonctionnement hydrologique
Les zones humides de Bretagne se localisent généralement dans des dépressions topographiques dans lesquelles convergent et stagnent des flux d’eau dont les origines peuvent être multiples. Ces milieux sont, de plus, fréquemment intégrés dans les exploitations agricoles. Ils sont souvent saturés du mois de décembre jusqu’au mois de mars dû fait de la présence d’une nappe à faible profondeur qui est alimentée par les eaux de versant l’hiver. Le reste de l’année, le niveau d’eau est variable, l’eau peut être proche de la surface ou, au contraire, être à quelques mètres de profondeur.(AGRO-TRANSFERT, 2017) Dans les zones humides de bas fond, trois sources d’alimentation existent. Tout d’abord, elles peuvent être alimentées par la nappe superficielle qui se forme durant les précipitations hivernales. Elles peuvent également être alimentées par la nappe profonde, enfin, leur alimentation peut provenir de l’eau des cours d’eau en période de crue. Le fonctionnement des zones humides est cyclique. Pendant l’automne (qui correspond au début de la période des pluies), la zone humide stocke de l’eau venant du versant et s’étend. En hiver, quand sa capacité de stockage est atteinte et que le sol est gorgé d’eau en surface, elle déborde. La zone humide transfère alors l’eau excédentaire vers le cours d’eau. Au printemps, la nappe baisse (fin de période des pluies, reprise de la végétation), et la zone saturée se contracte. Son extension spatiale en surface est minimale en fin d’été.
Fonctionnement biogéochimique
L’azote
La régulation des flux dans les zones humides est favorisée par l’accumulation plus ou moins temporaire des eaux (CLEMENT 2003). Cet engorgement impacte les différentes formes de l’azote, dont les principales sont l’ammonium (NH4+ ), le nitrate (NO3- ) et l’azote organique (fig. 1). Le passage d’une forme à l’autre est dépendant de l’activité microbienne. Dans des conditions aérobiques, l’azote peut être minéralisé sous forme de nitrates par les processus d’ammonification et de nitrification.
Trois processus dominants expliquent l’abattement de l’azote au sein d’une zone humide : l’absorption par les végétaux, la dénitrification et la dilution des eaux de surfaces avec celles plus en profondeurs. L’absorption par les végétaux est très faible en hiver (Miller, Peterson, et Budikova 2019) La dilution est un phénomène souvent prépondérant dans les secteurs alimentés par des nappes profondes avec de faibles concentrations en nitrates. La dénitrification peut avoir lieu sous certaines conditions. La présence de nitrates, un milieu anaérobie ou peu oxygéné (favorisé notamment par la présence d’un engorgement temporaire ou permanent), la présence de bactéries dénitrifiantes (ex : Pseudomonas agrobacterium) et enfin la présence d’un accepteur d’électrons,sont des éléments essentiels pour que ce processus chimique puisse avoir lieu. (DIREN 2005). Les électrons nécessaires à la dénitrification proviennent de l’oxydation de la matière organique. Il s’agit ainsi de dénitrification hétérotrophe qui est optimale dans les milieux pauvres en oxygène avec une température relativement élevée,( 25°C mais limitée de 0 à 5°C (Curie 2007)). Dans les zones humides, la saturation en eau durant une grande partie de l’année donne à ces milieux des propriétés réductrices et permet la réduction des nitrates de la nappe en azote gazeux par dénitrification hétérotrophe selon la formule suivante :
NO3- + 6H+ + 5 e- → ½ N2 + 3 H2O
Dans les zones humides, 4 zones peuvent être définiesselon l’efficacité de la dénitrification :
– Les zones particulières d’interfaces entre la zone humide et le versant. Ces zones sont particulièrement chargées en nitrates et en matière organique et sont, de plus, fréquemment saturées en eau, créant des conditions anoxiques favorables à la dénitrification. C’est dans ces zones que la dénitrification est la plus importante.
– Les zones qui ne sont pas constamment inondées, mais toujours humide s. Ces conditions, favorisent la minéralisation de la matière organique. De ce fait, une alternance de conditions aérobies et anaérobies favorise la production de nitrates.
– Les zones inondées la plupart du temps. Ces zones sont situées au plus bas des zones humides. La matière organique se transforme principalement en ammonium (NH4+) mais pas en nitrates.
– Les zones rarement inondées. Ces zones sont souvent surélevées et présentes peu de dénitrification car le manque d’eau ne favorise pas les conditions anoxiques.
De nombreuses études se sont penchées sur la capacité dénitrifiante des zones humides. Walton et al. (2020) ont pu démontrer une rétention de près de 50% des nitrates dans des zones humides ripariennes, dans des marais et des zones humides présentes en plaines inondables. Montreuil et al. (2010) ont également mesuré un abattement de 53% du flux de nitrates via la zone humide et la rivière étudiées.
L’évaluation de la dénitrification dans les eaux peut se faire en utilisant un marqueur de dilution. De nombreux marqueurs sont utilisés. Un des plus fréquents étant l’ion chlorure (Maı̂tre et al. 2003). En effet, l’ion chlorure est utilisé comme élément conservateur puisque contrairement aux nitrates, il a la particularité de n’être ni absorbé par les sédiments, ni de participer à d’autres réactions chimiques (Ting, Kerh, et Liao 1998) Ainsi, si le rapport nitrates sur chlore est constant, cela traduit plus d’une dilution des eaux alors que si ce rapport diminue, une dénitrification à lieu dans le milieu. La conductivité peut également être utilisée pour estimer le drainage des eaux souterraines dans le cours d’eau (Brodie et al. 2007). En effet, la conductivité des eaux en surface est généralement inférieure à 1ms/cm²(Oxtobee et Novakowski 2002) ; alors que pour les eaux souterraineselle peut être beaucoup plus importante, notamment pour les eaux souterraines des régions calcaires (Paran et al. 2015). Lorsque les eaux souterraines sont très minéralisées, elles contribuent à augmenter la conductivité des eaux de surface.
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Table des matières
Introduction
Présentation de l’entreprise
Les zones humides
Fonctionnement hydrologique
Fonctionnement biogéochimique
Hypothèses de l’étude
Présentation de l’étude
Le projet
Les sites étudiés
Pégase V
Keravilin
La Haie
Le Bois Orcan
Matériel et méthode
Présentation des sites
Protocole d’échantillonnage
Analyses en laboratoire
Analyse des données
Résultats et discussion
1- Pégase V
a) Hydrologie
b) Chimie
c) Discussion
2- Keravilin
a) Hydrologie
b) Chimie
c) Discussion
3- La Haie
a) Hydrologie
b) Chimie
c) Discussion
4- Bois Orcan
a) Hydrologie
b) Chimie
c) Discussion
1) Discussion générale
Conclusion
Bibliographie
Annexes
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