Matériel et Méthodes

Onze stations d’étude sont réparties sur le Vistre sur un linéaire de 8 km (Figure 5.1).

Les stations ont été choisies pour leur intérêt à représenter (i) des conditions qui témoignent des caractéristiques du Vistre non restauré (NR1, NR2, US), (ii) des conditions du Vistre suite à des actions de restauration hydromorphologique (R1 à R5), (iii) des actions pour limiter la pression physico-chimique liée aux rejets urbains (DS), (iv) des actions menées à la fois sur l’hydromorphologie et la qualité physico-chimique de l’eau (IS), et enfin (v) des conditions du Vistre hydromorphologiquement restauré mais soumis à un rejet direct de STEP (R6) (tableau 5.1). Pour plus d’informations sur ces sites, se reporter au chapitre II §2.2.

Tableau 5.1: Choix et intérêt des stations d’étude en fonction des actions de restauration menées - ou non - sur le Vistre.

Station Rappel des actions de restauration menées ^{Intérêt de la prise en compte de la station dans} l’étude

NR1

NR2 ^Aucune

Témoins des conditions du Vistre en section fortement canalisée et sous pressions physico-chimiques diffuses d'origine urbaine et agricole R1

R2

Restauration hydromorphologique [reméandrage, revégétalisation des berges, zone d'extension des crues, apport de substrat minéral (galets)]

Effets de la restauration hydromorphologique, incluant des apports de galets, sans action sur la physico-chimie de l’eau

R3 R4 R5

Restauration hydromorphologique (reméandrage, revégétalisation des berges, zone d'extension des crues]

Effets de la restauration hydromorphologique, sans action directe sur les substrats du lit mineur et sans action sur la physico-chimie de l’eau R6

Restauration hydromorphologique (reméandrage, revégétalisation des berges, zone d'extension des crues)

Effets de la restauration hydromorphologique dans un contexte local de pression directe d'origine urbaine (STEP de 7000 E.H.)

US Aucune

Témoin des conditions du Vistre en section canalisée et sous pressions physico-chimiques diffuses d'origine urbaine et agricole

IS

Arrêt définitif d'une STEP de 100000 E.H. et action limitée sur l'hydromorphologie [réduction de la largeur du lit mineur, intégration de blocs dans le lit mineur (50 à 100 cm), création d'une zone

d'extension des crues]

Actions combinées de levée de pression physico-chimique et de restauration hydromorphologique

DS ^{Agrandissement et mise en service d’un nouveau} traitement tertiaire sur une STEP de 300000 E.H.

Effets de l'amélioration de la qualité physico-chimique dans un contexte hydromorphologique canalisé

5.1.1.2. Stations de moindre impact anthropique (LIRRs)

Comme dans le chapitre II, §2.2.4., un pool de stations peu perturbées par les activités anthropiques (LIRRs), appartenant au même type de cours d’eau et reflétant les bonnes conditions hydromorphologiques et physico-chimiques, a été utilisé pour définir la situation écologique « attendue » associée aux conditions optimales envisageables dans le contexte biogéographique du Vistre. Nous avons sélectionnées les stations pour lesquelles des prélèvements avaient été réalisés une fois par an sur la période 2008-2010 qui correspond aux années où les stations du Vistre ont été échantillonnées.

Ainsi, les données physico-chimiques, hydromorphologiques et les listes taxonomiques des macroinvertébrés benthiques de seulement 4 des stations LIRRs décritent dans le chapitre II (la Berre, Coulon, Ibie et Lauzon) ont été utilisées pour évaluer l’état abiotique et l’état biologique cible dans des conditions de moindre impact des pressions anthropiques sur le bassin-versant.

La description des caractéristiques physico-chimiques et hydromorphologiques des stations est disponible dans les tableaux 2.1 et 2.2 du chapitre II, §2.2.4. Ces stations sont situées sur les rivières Coulons, Ibie, Lauzon et Berre.

5.1.1.3. Données analysées

Les données analysées dans ce chapitre correspondent aux campagnes du Vistre réalisées au mois de septembre des années 2008 à 2010.

Données de qualité physico-chimique

Les données analysées correspondent aux paramètres communs mesurés à la fois sur les stations du Vistre et sur les stations LIRRs. Huit paramètres ont été pris en compte dans cette analyse : le pH, l’oxygène dissous, le Carbone Organique Dissous, le Phosphore total, les Orthophosphates, l’Ammonium, les Nitrates et les Nitrites.

Données de description de l’habitat physique

Quatre paramètres décrivant l’habitat physique ont été pris en compte dans la description physique des stations : (i) les surfaces relatives de recouvrement de 3 types de substrats au sein de la mosaïque benthique stationnelle (i.e. les « substrats minéraux », les « substrats sédimentaires » et les « substrats végétaux sauf algues»), (ii) la distribution des hauteurs d’eau, (iii) la distribution des vitesses de courant et (iv) la distribution des niveaux de colmatage évalués sur les 12 points de prélèvement élémentaires (pour plus d’informations sur les protocoles de récolte des données, voir chapitre II §2.3.2.2.). Les substrats présentant des caractéristiques proches ont été regroupés afin de limiter le nombre de substrats différents pris en compte pour décrire la mosaïque de substrats benthiques :

- les blocs, galets et graviers sont regroupés sous la catégorie « substrats minéraux grossiers »,

- le sable, les limons et la vase sont regroupés sous la catégorie « substrats sédimentaires »,

- les bryophytes, les hélophytes et les hydrophytes sont regroupées sous la catégorie « végétaux sauf algues » Les algues ne sont pas regroupées avec les autres végétaux car elles sont un habitat bien moins biogène pour les invertébrés (AFNOR 2004).

Les surfaces uniformes dures (e.g. dalle et marne) et les algues sont les deux types de substrat qui sont pris en compte sans regroupement. Les regroupements permettent de limiter l’influence de certains substrats dont le recouvrement est marginal (< 5% de recouvrement) comme les bryophytes, et d’éviter de diviser l’information liée à la taille des substrats minéraux qui sont le plus susceptibles de varier, en termes de recouvrement, en réponse aux actions de restauration hydromorphologique.

Pour les stations LIRRs, seule la description des surfaces relatives de la mosaïque de substrats benthiques est disponible.

Données biologiques

Les données biologiques analysées correspondent au tableau d’abondances de 63 taxons sur 33 relevés (11 stations x 3 campagnes) (protocole de prélèvement détaillé : chapitre II, §2.3.2.3.).

5.1.1.4. Analyses des données

Les données issues des caractérisations physico-chimique, physique et biologique ont été analysées indépendamment en suivant une même procédure d’analyse. Chaque tableau de données a d’abord été traité par une analyse multivariée « intra-année » adaptée au type de données correspondant (cf. tableau 5.2). Des analyses « intra-année » ont été appliquées pour éliminer l’effet « année » dans l’observation des résultats (Dolédec & Chessel 1989), afin d’optimiser la mise en évidence des effets imputables aux différences d’habitat physique ou de qualité physico-chimique des stations. Les stations LIRRs ont ensuite été projetées sur le premier plan factoriel défini par chaque analyse (compte tenu de leurs caractéristiques « physico-chimiques », « physiques » ou « biologiques », respectivement) en tant qu’individus supplémentaires. Les données recueillies sur les stations LIRRs n’interviennent donc pas dans la structure définie par chaque analyse multivariée mais le calcul de la position de ces stations (compte tenu de leurs caractéristiques propres) dans les différents plans factoriels uniquement définis par les stations du Vistre, et leur projection sur ces plans factoriels faciliteront la comparaison des stations du Vistre aux stations de moindre impact anthropique. Une éventuelle « trajectoire » de récupération écologique des stations restaurées sur les 3 années d’étude pourra ainsi être illustrée, séparément pour chaque famille de critères pris en compte.

Tableau 5.2 : Description des relevés, et paramètres élémentaires pris en compte dans les caractérisations physico-chimique, habitationnelle et biologique des sites d’étude et choix de l’analyse multivariée appliquée.

Caractérisation Relevés Paramètres élémentaires Analyse appliquée

Physico-chimique

7 stations du Vistre x 3 dates

pH, O₂ dissous, COD, P_tot, PO₄^2-, NH₄⁺, NO₃^-, NO₂

-Analyse en Composantes Principales normée (ACP) « intra-année » (LIRRs en individus supplémentaires) Physique (Habitat) 11 stations du Vistre x 3 dates

% de substrats minéraux grossiers % de substrats minéraux fins % de végétaux

diversité de Shannon

Analyse en Composantes Principales normée (ACP) « intra-année » (LIRRs en individus

supplémentaires) 11 stations du

Vistre x 3 dates

Mosaïque de substrat (7 modalités) Hauteur d’eau (3 modalités) Vitesse de courant (4 modalités) Intensité du colmatage (6 modalités)

Analyse des Correspondances sur codages flous (ACF) « intra-année »

Biologie

- approche taxonomique

11 stations du Vistre x 3 dates

63 taxons Analyse Factorielle des

Correspondances (AFC) « intra-année » (LIRRs en individus supplémentaires)

- approche fonctionnelle basée sur les traits biologiques

11 stations du Vistre x 3 dates

10 traits décrits par 46 modalités (voir tableau 2.5)

Analyse des Correspondances Floue (ACF) « intra-année » (LIRRs en individus supplémentaires)

Analyses des données de description de l’habitat

Une première analyse (ACP normée) est menée sur les 11 stations du Vistre aux 3 dates d’échantillonnage sur les paramètres suivants :

- la surface relative de recouvrement des substrats minéraux grossiers (diamètre supérieur à 2,5 mm)

- la surface relative de recouvrement de substrats sédimentaires (diamètre compris entre 0,5 et 2 mm)

- la surface relative de recouvrement de substrats végétaux

- la diversité de Shannon (H) calculée sur les données de recouvrement des 11 substrats définis par la norme AFNOR XP T 90-333 (AFNOR 2009).

Cette analyse devrait permettre de situer les stations du Vistre par rapport à l’objectif de restauration qui pourrait être décrit par la position moyenne des stations LIRRs projetées en individus supplémentaires. Néanmoins, cette analyse qui ne peut être menée que

commune disponible) est insuffisante pour traduire toutes les différences d’habitat physique qui peuvent être perçues par les communautés d’invertébrés. Une analyse complémentaire a donc été menée. Elle prend en compte les surfaces relatives de l’ensemble des 7 substrats types décrivant la mosaïque d’habitats, toutes les valeurs de vitesse de courant, de hauteur d’eau et d’intensité de colmatage mesurées sur les stations du Vistre (uniquement), afin de mieux définir les caractéristiques des habitats disponibles. Ces paramètres n’étant pas renseignés sur les stations LIRRs, celles-ci ne pourront pas être projetées sur le plan factoriel défini par cette analyse.

Analyses des données biologiques

L’AFC a été réalisée sur le tableau des abondances des invertébrés dans le Vistre [63 taxons x 33 relevés (11 stations x 3 campagnes)]. Les abondances (x) de toutes les stations (Vistre et LIRRs) ont préalablement subi une transformation logarithmique [x -> log(x+1)]. Il est utile de noter que la projection des LIRRs en individus supplémentaires ne pourra prendre en compte que les taxons également présents sur les stations du Vistre. En conséquence, les taxons uniquement présents sur les stations LIRRs (e.g. plusieurs genres de plécoptères) ne participeront pas au calcul de la coordonnée des LIRRs (n’ayant pas de coordonnées propres dans la structure générée par l’AFC). Lors de l’interprétation des résultats, il faudra donc garder à l’esprit que la proximité apparente entre certaines stations LIRRs et certaines stations du Vistre peut potentiellement être surestimée par suite d’une analyse menée uniquement sur la structure en abondances des « taxons communs ». Afin d’apprécier le biais dans la position relative des stations LIRRs par rapport aux stations du Vistre potentiellement induit par le retrait des taxons spécifiques aux stations LIRRs, une AFC a été réalisée sur les distributions d’abondances de l’ensemble des taxons présents dans les relevés des stations LIRRs et du Vistre aux trois années étudiées. Cette analyse est présentée en Annexe E.

Sur la base du tableau des relevés faunistiques et du tableau des profils de traits biologiques des taxons (cf. tableau 2.5, chapitre II §2.4.1.), les profils moyens stationnels des communautés ont été calculés pour chaque trait biologique et pour chaque campagne effectuée sur le Vistre et sur les stations LIRRs. Le profil moyen est obtenu en multipliant l’abondance de chaque taxon [préalablement log-transformée] par sa fréquence relative d’utilisation des modalités de chaque trait, puis en réalisant la somme des produits obtenus

par modalité (sur l’ensemble des taxons présents dans un relevé) et en transformant ensuite la série de sommes obtenues (une par modalité de trait) en distribution de fréquences relatives par trait. Une analyse des correspondances adaptée aux données en codage flou (FCA ; Chevenet et al. 1994) a été ensuite appliquée aux profils biologiques moyens des assemblages faunistiques des stations du Vistre. Les stations LIRRs, compte tenu de leurs profils biologiques moyens, ont ensuite été projetées en « individus supplémentaires » sur le premier plan factoriel de la FCA.

Pour répondre à l’hypothèse selon laquelle, les stations restaurées du Vistre devraient évoluer vers une structure taxonomique et fonctionnelle commune, les distances euclidiennes entre stations restaurées du Vistre ont été calculées pour chaque année compte tenu de leurs coordonnées dans le premier plan factoriel de l’AFC (distribution d’abondances), puis de la FCA (profils biologiques). Le caractère significatif des différences inter-annuelles a été testé par ANOVA et précisé – si nécessaire (H0 rejetée pour l’ANOVA) – par application d’un test post hoc de Tukey (Yandell 1997).

Pour répondre à l’hypothèse selon laquelle, les structures taxonomique et fonctionnelle des stations restaurées du Vistre devraient évoluer vers celles des stations LIRRs, les distances euclidiennes entre chaque station du Vistre et chaque station LIRR ont été calculées par année selon le même principe (cf. § précédent). Le caractère significatif des différences inter-annuelles et inter-stationnelles a été testé par ANOVA à deux critères de classification (« station » et « année ») et les différences significatives ont été précisément identifiées par application de tests post hoc de Tukey (Yandell 1997).