La chaîne trophique des étangs

Cet article est le premier d’une série qui devrait nous permettre de mieux comprendre le fonctionnement biologique des étangs et autres lacs et gravières et ainsi de mieux les gérer ou, au minimum, de mieux les pêcher. Il a été écrit par deux hommes de terrain habitués à travailler en partenariat sur des diagnostics de plans d’eau. Cette première partie, ainsi que la seconde à venir, aborde la chaîne trophique des étangs. Même si elle présente un caractère un peu austère, elle est un préalable indispensable à quiconque a l’ambition de comprendre le fonctionnement d’une pièce d’eau. La dernière partie s’attachera à décrire des aspects plus pratiques, à savoir la description des principaux dysfonctionnements et de leurs causes, la description des remédiations envisageables pour rétablir une situation d’équilibre.

Par Jean-Philippe Delavaud et Philippe Collet

L’étang est, pour certains une étendue d’eau mystérieuse et muette inspirant une forme de mélancolie, pour d’autres un « réservoir à moustiques » trouble et stagnant entouré de roseaux de piètre utilité, ou encore, un milieu envasé et fréquenté par des espèces peu attractives. L’étang, c’est aussi le souvenir des baignades estivales, des parties de pêche au bouchon avec le grand-père, des pique-niques au bord de l’eau. C’est encore des idées de valorisation diverses et variées parfois un peu contre nature. L’étang ne laisse personne indifférent, mais peu d’entre nous comprennent réellement ce qui se passe sous son miroir et sur ses berges. Il peut receler des richesses insoupçonnées ou être complètement stérile, seuls les observateurs les plus avertis feront la différence.
Les étangs ont un mécanisme de fonctionnement complexe. Il est d’ailleurs difficile de parler d' »étang » au singulier, tant leurs types sont variés : en effet, le milieu aquatique ne peut être envisagé indépendamment de son contexte environnemental naturel, et le cas échéant des perturbations anthropiques (perturbations liées à l’activité humaine) qui y sont associées.
Dans un souci de schématisation, on peut toutefois définir trois grands types d’étangs à partir de leur fonctionnement hydrologique :
– ceux qui disposent d’une arrivée d’eau permanente (source ou cours d’eau), avec un taux de renouvellement variable selon les situations,
– ceux dont l’alimentation est assurée par le seul ruissellement pluvial sur le bassin versant,
– ceux en relation avec une nappe alluviale (gravières) ou phréatique.
Il apparaît d’emblée des profils très différents. Cette première approche est ensuite nuancée par des paramètres de deux ordres :
– facteurs exogènes (extérieurs), tels que l’altitude, l’ensoleillement, le type de couverture végétale périphérique, la qualité des intrants, la nature géologique des sols, les activités humaines,
– facteurs endogènes (intérieurs), comme la profondeur, la surface, le peuplement végétal ou piscicole, le cycle hydrologique, le mode de gestion.
Il ressort de cette vision très synthétique une multitude de situations différentes. Chaque étang est particulier et l’approche de sa gestion nécessite une démarche unique, a fortiori si l’on intègre la dimension essentielle qu’est la vocation qui lui sera dévolue.
Au sein de l’étang lui-même et en excluant dans un premier temps toute notion d’environnement périphérique, il est possible de séparer un certain nombre de compartiments : l’eau, le sédiment, le phytoplancton, le zooplancton, les macrophytes, le poissons, l’avifaune et les autres espèces animales. Cette fragmentation est volontairement simplifiée, car nous verrons que les niveaux décrits sont étroitement interdépendants dans le cadre de la chaîne trophique (chaîne alimentaire). Nous traiterons de l’eau et du sédiment dans cette première partie.

L’eau

Il est inutile de préciser à quel point la qualité de cet élément est essentielle au bon fonctionnement de l’écosystème dans son ensemble. C’est au travers de ses paramètres physico-chimiques que l’on va l’apprécier.
S’il est évident qu’une eau « pure » est souhaitée dans le contexte particulier de certaines utilisations comme la baignade ou la pêche des salmonidés, les fourchettes de valeur données ci-après sont davantage typiques d’un milieu équilibré au sens biologique du terme, et favorable à ce titre au développement harmonieux de la biocénose (ensemble des organismes vivants).

La température

Hormis les plans d’eau alimentés par des intrants (sources) à température constante, généralement froide et avec un fort taux de renouvellement, la température de l’eau d’un étang évolue selon les saisons et les localisations géographiques de 2 à 30 °C. La plupart des espèces autochtones (salmonidés exclus) tolèrent de telles amplitudes thermiques. L’activité des poissons est très réduite en-dessous de 5 °C et les développements trophiques les plus harmonieux sont rencontrés dans une fourchette de 15 à 25 °C. La température est un élément primordial, à la base de la notion de gestion. Toute intervention sur l’étang intègrera ce paramètre.

L’oxygène

C’est un autre élément essentiel, dont la teneur dans l’eau est le fruit d’un subtil équilibre intégrant les apports (échanges air-eau, photosynthèse) et les pertes (respiration végétale nocturne, dégradation organique et consommation par les autres composants de la biocénose). Si l’on exclut arbitrairement toute intervention des organismes vivants, l’état d’équilibre optimal est rencontré pour une saturation de l’eau à 100 %. Ce niveau de saturation étant lui-même lié à la température de l’eau et à la pression atmosphérique. A titre d’exemple, à pression atmosphérique constante (760 mm de mercure), la saturation en oxygène est de 14.5 mg/l à 0 °C. Elle descend à 9.1 mg/l à 20 °C, et 7.5 mg/l à 30 °C… L’agitation moléculaire, source de dégazage, augmente avec la température et entraîne donc une baisse du niveau de saturation de l’eau. On rencontre également de façon habituelle des sursaturations en oxygène (150 % et plus), corrélées à une activité photosynthétique intense dans des eaux généralement chaudes. Pour ces raisons, toute mesure brute du taux d’oxygène (en mg/l) doit être rapportée au pourcentage de saturation, donnée beaucoup plus éloquente et donc utilisable. On considère de façon générale qu’un taux d’oxygène de 6 mg/l et plus est optimal pour la vie piscicole. Bien que nombre d’espèces soient capables d’accepter ponctuellement des taux très faibles (2mg/l ou moins sur de courtes périodes). Les salmonidés introduits dans les réservoirs ont des exigences nettement supérieures aux poissons d’étangs.

Le pH

Ce paramètre mesure le niveau d’acidité de l’eau. La fourchette considérée comme idéale se positionne dans une gamme de 6,5 à 9, la neutralité se situe à 7. Le pH est étroitement lié à la nature de l’environnement : un sol tourbeux ou une forêt de résineux sur le bassin versant généreront par exemple de l’acidité. Il est aussi lié à la photosynthèse qui au contraire le fait augmenter, à la qualité de l’eau (pouvoir-tampon), etc. De manière générale, toute consommation d’oxygène par les organismes vivants entraîne une diminution du pH (rejet de dioxyde de carbone qui est un acide faible) et à l’inverse toute production d’oxygène (photosynthèse avec consommation du CO2) génère une augmentation de ce dernier. Ceci explique les variations diurnes et nocturnes du pH dans un même étang. Le pH peut être corrigé (notamment lorsqu’il est acide) par des apports extérieurs. Les eaux alcalines (pH basique supérieur à 7) présentent globalement un potentiel productif supérieur. La tolérance des poissons admet des fourchettes s’étendant pratiquement de 4,5 à 10 (à nuancer selon les espèces).

L’azote

Cet élément peut être présent dans l’eau sous quatre formes essentielles : ammoniac, ion ammonium, nitrites, nitrates. Résultant de la dégradation des déchets organiques ou du métabolisme des êtres vivants, l’ammoniac est un composé toxique pour les poissons, contrairement à sa forme ionisée (ammonium). Son ionisation est facilitée par des pH acides. Les bactéries naturellement présentes dans le milieu (nitrosomonas et nitrobacter) oxydent ensuite l’azote pour le transformer en nitrites (toxiques, mais cet état est normalement fugace), puis en nitrates valorisables par les végétaux. Cet élément est l’une des bases de la chaîne trophique. La présence d’ammoniac ou de nitrites témoigne soit d’une pollution extérieure, soit d’un déséquilibre du milieu, consécutif classiquement à une surpopulation piscicole et/ou à un défaut d’oxygène.

Le phosphore

Le phosphore mérite une attention toute particulière, dans la mesure où il peut être à l’origine de perturbations débouchant sur des déséquilibres importants : en effet, le développement harmonieux des populations phytoplanctoniques (plancton végétal) est conditionné par le rapport phosphore/azote qui se situe idéalement dans une fourchette de 1/4 à 1/10. À défaut, on peut voir apparaître des espèces indésirables de phytoplancton : les cyanophycées, impasses dans la chaîne trophique car peu consommées et potentiellement toxiques (nous aurons l’occasion d’en parler longuement dans les prochains articles).

Le calcium

C’est un élément également essentiel pour la productivité primaire (production de phytoplancton). Il est souvent stocké au niveau du sédiment. On retiendra comme base un taux de Calcium (Ca) de l’ordre de 10 mg/l. Son taux permet d’apprécier la dureté de l’eau. Il joue un rôle essentiel dans le piégeage sédimentaire du phosphore.
Ces divers paramètres ou éléments sont étroitement imbriqués et conditionnent l’équilibre ou le déséquilibre d’un milieu suite à leur utilisation par la biocénose.
On citera, pour mémoire, un certain nombre d’autres paramètres comme : la conductivité qui lorsqu’elle est élevée constitue un marqueur de pollution, hors cas des eaux fortement minéralisées à l’état naturel ; les Demandes Biologique et Chimique en Oxygène (DBO et DCO témoins de l’altération de la qualité biologique ou chimique du milieu) qui doivent rester dans des gammes basses, ou encore les Matières En Suspension (MES) dont l’augmentation du taux entraîne un phénomène de turbidité (perte de transparence) peu propice au développement harmonieux du phyto- plancton.

Le sédiment

Ce second compartiment est essentiel à plus d’un titre. C’est au niveau du sédiment que l’on rencontre les micro-organismes responsables de la dégradation de la matière organique, ainsi que les bactéries impliquées dans le cycle de l’azote. Ces organismes trouvent là un support pour se fixer, se développer. La fine couche productive située à la surface du sédiment, à l’interface avec l’eau, est une véritable « usine à recycler ». Elle est très mince et ne mesure que quelques millimètres mais conditionne le fonctionnement de l’écosystème dans son ensemble.
Le sédiment est composé d’une fraction minérale : sables, graviers, limons… d’une fraction organique et d’eau contenue surtout dans l' »éponge » constituée par la matière organique. La matière organique du sédiment est pour partie inerte (issue de la dégradation des feuilles, des herbiers, du phytoplancton et des êtres vivants… tombés au fond de l’eau une fois morts) et pour partie vivante (macro-invertébrés benthiques colonisant le substrat, phytoplancton se développant à la surface du sédiment, bactéries…).
Nombre d’éléments minéraux cités auparavant transitent par le sédiment où ils peuvent être piégés, c’est le cas en particulier du phosphore et du calcium, puis relargués consécutivement à des variations de paramètres physico-chimiques (augmentation de la température, baisse du taux d’oxy-gène…). Le sédiment est donc loin d’être inerte et il convient de prendre en considération l’importance des transferts qu’il réalise avec l’eau.
A l’interface du sédiment, les micro-organismes responsables de la dégradation de la matière organique ont besoin, pour la plupart d’entre eux, d’oxygène pour se développer et « travailler », ce qui est le cas en particulier pour les bactéries du cycle de l’azote (qui ont un métabolisme qualifié d’aérobie). À défaut, ce sont des processus fermentaires qui vont apparaître (anaérobiose ou absence d’air), avec leur cortège caractéristique de déséquilibres et de désagréments olfactifs (odeur d’œuf pourri de la vase par exemple).
Pour être imagé, un processus de dégradation aérobie d’une masse de matière organique est « rapide » et produit, à l’image d’un feu de bois, son petit tas de cendres résiduel, alors qu’un processus anaérobie est très long, ne dégrade rien et transforme la matière organique en une masse imposante de vase ou de tourbe ou, à l’échelle géologique, de charbon ou de pétrole qui ne sera apte à se dégrader qu’une fois de nouveau en contact avec de l’oxygène.
Au fond des plans d’eau anciens, l’accumulation de matière organique morte génère souvent une anoxie (absence d’oxygène) quasi-permanente. Ce simple constat nous permet par exemple de tordre immédiatement le cou à des pratiques abusives consistant à proposer à des gestionnaires de plans d’eau de recourir, sans autres formes de remédiations, à des cocktails de bactéries aérobies pour réduire l’envasement et dynamiser le milieu en digérant la matière organique. Tout apport de nouvelles bactéries ne représente, dans un tel contexte, qu’un cataplasme sur une jambe de bois, elles ne survivront pas plus que les autres. Si l’on ajoute à cela que certaines préconisations sont faites en l’absence d’analyse permettant de connaître la fraction organique du sédiment, on assiste parfois à des traitements bactériens réalisés sur un comblement d’origine minérale. Dans ce cas, les bactéries sont totalement inopérantes pour dévaser car, même si elles sont boostées, elles ne peuvent toujours pas dévorer les limons, le sable et les graviers ! On trouve enfin dans le sédiment un ensemble d’organismes de petite taille regroupés sous l’appellation de « benthos ». Il s’agit de vers, de crustacés, de larves, de mollusques, dont certains sont détritivores et participent activement à ce titre à la dégradation de la matière organique. Tous ces organismes ont besoin d’oxygène (à des degrés divers) pour se développer.