Projet BERCEAU

En réponse aux besoins exprimés par les techniciens rivières bretons, le Creseb a accompagné le projet de recherche action pluri-disciplinaire BERCEAU. Ce projet vise à proposer aux décideurs et acteurs locaux des outils techniques afin de suivre et d’évaluer l’efficacité des actions de restauration de cours d’eau qu’ils mènent sur leur territoire.

Début de projet : 2017

Durée : 4 ans

Porteurs : Universités de Rennes 1 et Rennes 2, CNRS, Institut Agro Rennes Angers

Partenaires financiers : Région Bretagne, Agence de l’eau Loire Bretagne, département d’Ille et Vilaine

Une démarche à visée opérationnelle
Un projet articulé autour de 5 tâches
Un réseau d’observation à l’échelle régionale
Approches de l’impact des opérations de restauration sur les échanges nappe-rivière (Tâche 2)
Des indicateurs biologiques et écologiques (Tâche 3)
La bancarisation des opérations de restauration (Tâche 4)
Pour aller plus loin

Les actions de restauration de cours d’eau se sont multipliées au cours des dernières années, notamment sous l’effet de prescriptions législatives telles que la DCE, dans un objectif de reconquête de la qualité de l’eau et des milieux naturels. C’est pourquoi le suivi et l’évaluation de l’efficacité de ce type d’opération est essentiel. Le projet BERCEAU a permis la mise en pace d’un partenariat entre les acteurs scientifiques pluridisciplinaires et acteurs opérationnels, visant à améliorer les pratiques de restauration des cours d’eau en Bretagne ainsi que l’évaluation de leur efficience, et ce en complémentarité des outils et méthodes existantes (AELB, OFB notamment).

Ce projet a émergé des différents temps d’échanges coordonnés par le Creseb en 2015, qui visaient à croiser les attentes des acteurs opérationnels et scientifiques sur le thème de la morphologie des cours d’eau. Les maîtres d’ouvrages des travaux sur cours d’eau (syndicats de bassins, EPCI), et leurs partenaires techniques (cellule Aster, FDAAPPMA, structures porteuses de Sage, etc.) et institutionnels (OFB et AELB) se sont montrés intéressés. L’implication concrète des acteurs opérationnels dans la conception de ce projet s’est construite dans la continuité, et notamment lors de temps de présentation et d’échanges organisés par le Creseb en 2016 et 2017.

BERCEAU – Bilan, suivi et Évaluation des actions de Restauration des Cours d’EAU bretons – Fiche de présentation réalisée par la Région bretagne dans le cadre du volet acquisition et partage de connaissance du CPER – Téléchargement (257,56 Ko)

Une démarche à visée opérationnelle

Une des questions récurrentes dans les projets de restauration de cours d’eau a trait à l’utilisation de critères pertinents pour caractériser l’état du milieu avant et après l’opération de restauration, potentiellement en comparaison avec des témoins non aménagés. Ces critères doivent être les plus objectifs possibles et quantifiables pour permettre l’inter-comparaison de sites, de méthodes et d’opérations diverses de restauration.

Le projet BERCEAU vise à analyser l’efficacité de critères actuellement utilisés dans les suivis d’opérations de restauration et d’explorer de nouvelles méthodologies pour les renseigner, voire proposer de nouveaux critères complémentaires aux critères actuels. Les variables impactées par une opération de restauration de rivière peuvent être hydrologiques, hydrodynamiques, géomorphologiques, biologiques (ripisylve, flore macrophytique et faune ) avec de forts couplages. Un panel de critères est donc nécessaire tant pour couvrir les divers champs (hydrologiques à biologiques) que pour adapter les suivis à la variété de compétences et moyens financiers disponibles sur les territoires.

L’état d’un cours d’eau se définissant à partir d’un équilibre dynamique, la qualité d’une analyse de l’impact d’une restauration sera relative au temps d’observation mis en oeuvre pour le suivi des variables de différentes natures. En effet, la dynamique de certaines variables (morphologiques notamment) peut être particulièrement longue en Bretagne. Ainsi, des temps trop courts d’observation engendrent des évaluations très partielles de l’efficacité des restaurations. Dans le cadre de ce projet, l’attention portera principalement sur des variables avec des dynamiques observables a minima sur 2 ans ou 3 ans (phase pionnière) potentiellement intéressantes pour suivre l’évolution de la diversité des habitats sur du plus long terme (plus de 3 ans).

Travaux de restauration (reméandrage et recharge en granulats). ©DR

Un projet articulé autour de 5 tâches

Le projet BERCEAU s’articule en 5 tâches. Quatre tâches focalisées sur la mise en oeuvre de techniques et l’interprétation des mesures et qui se distinguent principalement de part la nature des techniques et des questions scientifiques abordées. Une cinquième concerne la coordination du projet et l’interfaçage avec le projet MORPHEUS.

Mesurer la géométrie 3D d’un cours d’eau (pilotage CNRS (Géosciences Rennes*)) ;
Quantifier les échanges nappe/rivière à l’échelle des sites (pilotage CNRS (Géosciences Rennes)) ;
Déterminer les indicateurs biologiques et écologiques (pilotage CNRS (ECOBIO*), Institut Agro Rennes Angers (ESE*)) ;
Bancariser les opérations de restauration (pilotage Université Rennes 2 (LETG*, ESO*)) ;
Coordonner les actions du projet (pilotage CNRS (Géosciences Rennes)).

L’objectif au travers de ces différentes tâches est d’aboutir à une amélioration des pratiques afin d’obtenir une vision intégrée de l’hydrogéomorphologie et de l’écologie d’un cours d’eau, et de faire un suivi efficace des opérations de restauration.

* UMR Géosciences Rennes : A. Crave, D. Lague, O. Bour, P. Steer, N. Lavenant, C. Petton, A. Le Guennec | UMR LETG Rennes : A.J. Rollet, S. Dufour, N. Dupont | UMR ECOBIO : C. Piscart, B. Bergerot | UMR ESE : D. Ombredane, J. Haury, J. Coudreuse, I. Bernez, M. Bozec | UMR ESO : N. Dupont, B. Mericskay.

Un réseau d’observation à l’échelle régionale

Au démarrage du projet, le Creseb a coordonné la constitution d’un réseau de sites d’études répondant à plusieurs critères : opérations de restauration typiques, possibilité de faire un état zéro de 1 an, possibilité d’implanter des appareils de mesure, possibilité de séquencer les actions sur un même site lorsque plusieurs types de travaux de restauration sont programmés.

Le choix des sites devait répondre aux objectifs et attentes des différentes tâches du projet. Ainsi, sur la tâche 3, deux grands types de sites se distinguent :

Une vingtaine de sites pour lesquels un type de critères biologiques (mono-disciplinaire) est étudié. Sur ces sites des bio-indicateurs ont été installés et suivis par les gestionnaires avec un soutien des chercheurs ;
Une dizaine de sites où une approche multi-disciplinaire est engagée et qui correspondent aux principaux types d’aménagement de rivières (l’enlèvement de seuil, la restauration de la continuité par le remplacement de buses par des ponts cadre sous des routes, la recharge granulaire et la remise en talweg).

Deux sites ont également été choisis pour l’application de méthodes de suivi des échanges nappe/rivière (tâche 2), et instrumentés avec un réseau de piézomètres : le ruisseau du Pas de l’Âne (Vignoc, 35) et le ruisseau du Cô-Malville (Ploërmel, 56).
Pour l’étude de la relation entre végétation rivulaire et hydromorphologie d’un cours d’eau (tâche 3), se sont 26 sites d’études autour de travaux de remise en talweg qui ont été retenus (dépt. 22, 35 et 56).

Carte des sites multi et mono-disciplinaires étudiés dans les tâches 2 et 3 du projet Berceau. (Plusieurs sites de suivi de végétation rivulaire ne sont pas indiqués. Pour complément, consulter le rapport tâche 3, tableau 17, figure 59) ©DR

Approches de l’impact des opérations de restauration sur les échanges nappe-rivière (Tâche 2)

La caractérisation des échanges nappe-rivière est souvent indispensable pour comprendre les variations spatiales et temporelles des débits, des concentrations d’éléments dissous et des températures de l’eau dans les rivières. À ce titre, elle est souvent identifiée, voire envisagée, pour évaluer l’impact de projet de restauration. Caractériser les flux entre les cours d’eau et les nappes qui leur sont connectées reste jusqu’à présent une affaire de spécialistes dans le cadre de projets conséquents, reposant sur une instrumentation poussée.

L’objectif de la tâche 2 du projet BERCEAU est de proposer des techniques et des protocoles qui soient relativement (suffisamment) simples et bon marché afin que des non spécialistes puissent les adopter et fournir des informations significatives dans le suivi des restaurations. Le projet est également focalisé sur des contextes de petits cours d’eau bretons (1 à 5 mètres de large), qui font l’objet d’une modification de leur morphométrie ou d’une remise en talweg (ce qui correspondent à une majorité des opérations de restauration en Bretagne).

Cours d’eau instrumenté avec un réseau de piézomètres. ©DR

Dans cette tâche 2 de BERCEAU, plusieurs approches ont été utilisées pour étudier l’impact des opérations de restauration sur les échanges nappe-rivière.

La première approche consiste en un protocole de suivi hydrologique basé sur le suivi des hauteurs d’eau en nappe et en rivière (suivis piézométriques et limnimétriques), et présente l’intérêt du suivi des niveaux selon différents cas de figure de restauration de cours d’eau et différentes stratégies d’installation des piézomètres.
La seconde approche consiste en une étude comparative de plusieurs protocoles pour la mesure et le suivi des débits dans les petits cours d’eau. En effet, une quantification de l’impact des opérations de restauration sur les débits est souvent recherchée pour mettre en exergue une modification des échanges nappe-rivière.
Dans le même esprit, une technique bas coût de mesure in-situ en temps réel des concentrations en nitrates à l’aide d’une application smartphone est présentée. L’idée est ici de proposer un moyen de suivi de la qualité de l’eau et notamment du potentiel de dénitrification de la zone restaurée.

Ces propositions viennent compléter le Guide technique sur les interactions nappes rivières et les outils pour comprendre et mesurer les échanges publié par l’OFB en 2017.

Formation des acteurs

Deux journées de formation sur la théorie et les méthodes de suivi des échanges nappe rivière ont été organisées pour les techniciens rivières dans le cadre cette tâche 2 de BERCEAU. La première journée de formation a eu lieu le 22 janvier 2019 à Rennes (35) et a permis à 11 participants d’aborder les notions théoriques nécessaires à la compréhension des interactions nappe-rivière. Une seconde journée le 23 mai 2019 a réuni 14 participants sur le site de la restauration du ruisseau du Cô-Malville à Ploërmel (56) dans l’objectif d’installer des piézomètres et de réaliser des mesures sur le terrain (piézométrie, nivellement).

Formations du 22 janvier et 23 mai 2019 : théorie et pratique sur la caractérisation des échanges nappe rivière. ©DR

Livrables disponibles

Ces différentes approches et les principaux résultats de la tâche 2 de BERCEAU sont détaillés dans le rapport ci dessous. Des fiches techniques synthétiques constituant des outils pratiques pour la mise en place de certaines techniques de suivi, tel que les piézomètres ou les limnimètres, ou décrivant les protocoles de mesures (jaugeages, test de perméabilité, etc.) sont également disponibles.

Projet BERCEAU – Tâche 2 – Apports des techniques de suivi spécifiques de la piézométrie sur les échanges nappe-rivières – Rapport et fiches techniques. 2021 (13,34 Mo)

Les conclusions principales de la partie 1 du rapport Projet BERCEAU Tâche 2 – Apports des techniques de suivi spécifiques de la piézométrie sur les échanges nappe-rivières sont les suivantes :

Rappels théoriques en hydrogéologie

Les principales grandeurs physiques qui contrôlent les interactions nappe rivière sont : les gradients hydrauliques de nappe et la conductivité hydraulique des substrats.
Les échanges entre la nappe et la rivière varient au cours de l’année en fonction de l’état de saturation du bassin versant.
La dynamique des zones humides est principalement contrôlée par les variations de hauteur de nappe.
Les modifications sur les cours d’eau peuvent modifier le sens, l’amplitude et la fréquence des échanges nappe-rivière.
Toute implantation sur un versant ou dans le fond de la vallée de drains (enterrés/à ciel ouvert) ou de pompage accélère le transfert de l’eau en aval et diminue la capacité de stockage dans la nappe.
Le maintien d’un débit d’étiage et de la zone humide connexe au cours d’eau est induit principalement par le maintien de l’alimentation de la nappe par les apports amonts et ceux des versants.
La pérennité des débits d’étiage et des zones sources dépend des infiltrations d’eau dans les sous-sols des versants et de l’alimentation de la nappe à l’échelle du bassin versant.

Méthodologie pratique : la piézométrie comme outil pour le suivi des opérations de restauration

Avant d’opérer la restauration d’un cours d’eau, il est primordial de bien établir les objectifs suivis et les moyens disponibles.
En fonction de l’objectif suivi, adapter le nombre de piézomètres et les grandeurs mesurées.
Prévoir un suivi d’une durée minimum d’un an avant restauration.
Choisir les méthodes de traitement de données qui permettent de répondre à la problématique posée.

Apport de la piézométrie : exemples sur des sites suivis dans le projet BERCEAU

Les chroniques piézométriques permettent d’étudier les variations de niveau de nappe et dans le cours d’eau, à différentes échelles temporelles.
Les chroniques de gradients hydrauliques donnent la possibilité de repérer les moments où les flux nappe-rivière s’inversent et d’évaluer l’intensité relative de ces flux.
Les représentations en 2D et 3D du toit de la nappe montrent les sens des flux, et l’intensité des gradients à des instants donnés.
Les statistiques de profondeur de nappe peuvent servir de critère en première approximation pour évaluer l’effet de la restauration du cours d’eau sur la zone humide.
Les précipitations cumulées sur la zone d’étude doivent être prises en compte pour comparer les statistiques sur différentes périodes données.

Synthèse de l’apport de la piézométrie sur les cas d’étude dans le cadre du projet BERCEAU

La position du cours d’eau dans le vallon est déterminante dans le sens et la quantité des flux entre nappe et rivière.
En Bretagne, l’eau présente dans le bas-fond provient majoritairement de la nappe quel que soit le contexte (étiage ou crue).
L’apport de la nappe au débit d’étiage des cours d’eau est maximum quand le cours d’eau se situe dans le talweg. Plus le cours d’eau est déplacé en hauteur sur le versant, plus le risque d’assèchement du cours d’eau est important.

Temps d’échange autour du projet

En juillet 2022, le Creseb a proposé un temps de présentation et d’échanges autour de la tâche 2 du projet BERCEAU. Alain Crave, l’un des auteurs du projet s’est plié à cet exercice dans le cadre du nouveau format Les Webinaires du Creseb.

Webinaire

Temps d’échanges autour des résultats du projet BERCEAU (tâche 2) | Les webinaires du Creseb

Publié le 08 juil. 2022

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Des indicateurs biologiques et écologiques (Tâche 3)

L’objectif du projet Berceau est d’étudier le fonctionnement écologique des cours d’eau avant et après restauration à l’aide de méthodes intégratives et pertinentes, faciles à mettre en œuvre sur un grand nombre de sites et qui peuvent être couplées à des bio-indicateurs classiques d’évaluation de la qualité des milieux. Ainsi, plusieurs indicateurs biologiques et écologiques sont testés dans le cadre de la tâche 3 du projet sur les différents sites retenus :

Suivis de la dégradation de la matière organique (décomposition de la litière – coordination des scientifiques du projet et de l’OFB pour le développement de méthodes standardisées au niveau national) ;
Suivis de l’oxygénation du sédiment (méthode des bâtons à hypoxie) ;
Suivis des communautés d’invertébrés (méthode IBG-DCE) ;
Suivis des populations piscicoles (implantation de thermographes, inventaires piscicoles à l’électricité) ;
Suivis de la végétation aquatique (macrophytes – IBMR) ;
Suivis des arbres rivulaires et de leurs impacts sur l’hydromorphologie.

Suivis de l’oxygénation du sédiment (méthode des bâtons à hypoxie) ©DR

Des fiches techniques sont à l’étude pour les indicateurs biologiques les plus simples qui sont destinés à être déployés en autonomie par les gestionnaires des cours d’eau.

Concernant la relation entre la ripisylve et l’hydromorphologie, un protocole de suivi des arbres rivulaires adapté à la disponibilité des techniciens rivière est également envisagé.