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GÉNÉRALITES SUR LES BASSINS FLUVIAUX
Fonctionnement des bassins fluviaux
Les rivières sont des systèmes linéaires qui évacuent l’eau tombant sur les masses continentales vers les océans. Les écosystèmes d’eau douce sont souvent affectés par des perturbations anthropiques différentes, qui se manifestent principalement par la pollution, la modification du régime des débits, par exemple la construction de barrages et, par conséquent, la destruction de l’habitat (Lair, 1980 ; ElShabrawy et Dumont, 2003 ; Castro et al. 2005). Les discontinuités longitudinales dans les eaux courantes, comme les barrages latéraux, les réservoirs ou les lacs fluviaux peuvent être une source de plancton (Lair et Reyes-Marchant, 1997 ; Basu et al. 2000 ; Špoljar et al. 2007; Zimmermann-Timm et al. 2007). Ces zones lentiques dans un système flow-through jouent un rôle dans la production de matière organique qui sert de source de nourriture pour les organismes (pélagiques et benthiques) en aval. En effet, il existe de plus grandes différences entre les différentes zones d’une même rivière qu’entre les zones homologues de différentes rivières. Ainsi, les études biologiques sur les cours d’eau tendent à traiter des sous-ensembles de systèmes fluviaux, tels que les « ruisseaux à truites » ou les « tronçons de potamon », plutôt qu’à considérer le système dans son ensemble, de sa source à son embouchure (Welcomme, 1985). Toutefois, ces subdivisions ne sont utilisées que pour la commodité de l’étude et tout le réseau hydrographique devrait être prise en compte et considéré comme un continuum montrant une succession de caractères sur toute sa longueur. Les caractéristiques géographiques d’un bassin hydrographique particulier peuvent imposer certaines caractéristiques au fleuve. Il est utile de faire la distinction entre :
➤ les cours d’eau dit de réservoirs, qui ont de vastes lacs, marécages ou plaines d’inondation près de leur source, ce qui entraîne la libération graduelle des eaux de crue et un débit soutenu avec de légères variations de débit ; et
➤ les cours d’eau de plaine où il existe des fluctuations annuelles extrêmes du niveau des eaux, allant de graves inondations à une dessiccation parfois complète pendant la saison sèche. La forme la plus extrême d’inondation des cours d’eau, c’est-à-dire ceux qui cessent fréquemment de couler ou qui s’assèchent même de façon saisonnière, a été qualifiée de » bancs de sable » (Jackson 1961a et 1963).
Typologie et systèmes d’ordination des bassins versants
Plusieurs suggestions pour classer les cours d’eau formant ce type de modèle ont été proposées. La plus largement acceptée est que les cours d’eau sont classés par ordre dans une hiérarchie définie comme suit (Figure I.1) : les cours d’eau de premier ordre sont ceux qui n’ont pas d’affluents, les cours d’eau de second ordre sont formés par l’union de deux cours d’eau de premier ordre, les cours d’eau de troisième ordre par l’union de courants de second ordre et ainsi de suite. Dans sa forme originale, le système prévoyait qu’un cours d’eau, habituellement le plus long, de chaque catégorie devait être étendu de telle sorte que le chenal principal du fleuve s’étende continuellement de la source à l’embouchure (Horton, 1945). Des modifications ultérieures du système ont supprimé cette idée en faveur d’une classification plus simple de tous les flux du même ordre en une seule classe (Strahler, 1957). Pour l’étude écologique des rivières, chaque système a ses avantages. La première est utile lorsqu’on considère l’évolution de certaines caractéristiques, par exemple la prise de poissons, sur toute la longueur de la rivière. Ce dernier regroupement est plus naturel et utile dans les études généralisées, car les courants d’un ordre particulier ont tendance à former des ensembles, dont les membres peuvent être considérés ensemble. Des changements dans l’abondance de la faune sont susceptibles d’être observés en aval de la jonction des cours d’eau, en particulier ceux d’ordre similaire, où des différences abruptes dans le débit, la charge sédimentaire et d’autres facteurs hydrologiques produisent des changements importants correspondants dans le lit du fleuve (Welcomme, 1985). Il en résulte une modification des facteurs écologiques qui favorisent un groupe d’espèces plutôt qu’un autre.
Concept du continuum fluvial (R.C.C.)
La répartition des organismes, des ressources et des processus biologiques change le long des cours d’eau et dépend de processus à grande échelle (climatiques, hydrologiques, géomorphologiques, etc.) ainsi que de processus locaux (biotiques, anthropiques, etc.). La première tentative de catégorisation de ces discontinuités est le concept de zonage des cours d’eau (Illies & Botosaneanu, 1963), qui définit une série de communautés distinctes le long des rivières, séparées par de grandes zones de transition faunistique telles que, la transition (rhithralpotamal). Une perspective plus écologique a été introduite plus tard par Vannote et al. (1980) avec le River Continuum Concept (RCC), selon lequel les ressources changent le long d’un gradient climatique (plutôt que zonal) qui structure de façon prévisible le biote du cours d’eau (Figure I.2). Le concept du continuum fluvial n’explique les changements dans les communautés biologiques que le long de la dimension longitudinale du fleuve, sur la base de ses relations avec les habitats terrestres. Elle se focalise sur l’observation que dans les petits ruisseaux de montagne sous la limite forestière, en raison de l’effet d’ombrage de la végétation riveraine, l’apport de feuilles (matières organiques particulaires et grossières) dépasse largement la production primaire, l’hétérotrophie est dominante, la respiration est supérieure à la photosynthèse (P/R<1) et les communautés de macro-invertébrées sont dominées par les décomposeurs. En se déplaçant vers l’aval, les rivières augmentent en largeur et en débit, et l’importance de la végétation riveraine (en raison de l’effet d’ombrage) diminue, ce qui entraîne un système dominé par l’autotrophie (P/R>1) ; en conséquence, les communautés de macroinvertébrées sont dominées par des brouteurs et des collecteurs. Dans les grandes plaines inondables, la turbidité et l’instabilité des fonds sableux limitent la photosynthèse et le système redevient hétérotrophe (P/R<1) en raison de l’abondance de particules fines organiques provenant de l’amont, et les communautés de macro-invertébrées sont dominées par des collecteurs, des filtreurs et quelques prédateurs. Ainsi, le concept du continuum fluvial souligne comment les communautés fluviales et le métabolisme fluvial sont influencés non seulement par les conditions locales, mais aussi par les processus en amont. D’autres travaux sont venus compléter ce concept, intégrant entre autres les discontinuités (barrages, et confluences ; Ward and Stanford, 1983) ; les apports de la plaine inondable (Junk et al. 1989) ; les variations verticales, latérales et temporelles (Ward, 1989), ou encore la production autochtone (Thorp and Delong, 1994). Cependant, les liens hydrologiques et fonctionnels entre la rivière et la zone riveraine s’étendent à l’ensemble du lit alluvial (avec ses zones humides permanentes et temporaires, qui jouent un rôle important en tant que zones de reproduction et d’alevinage pour les poissons, et en tant que zones d’échange de nutriments pulsés) où les changements du niveau des eaux souterraines influencent la couverture végétale (qui à son tour affecte les apports trophiques, les ombres et l’évolution morphologique de la rivière). Ces connexions représentent la dimension latérale. La dimension verticale fait référence aux échanges entre les eaux de surface et les eaux souterraines. La zone hyporhéique, c’est-à-dire les zones interstitielles saturées sous le lit du cours d’eau et dans les rives du cours d’eau qui contiennent une certaine proportion d’eau du chenal (White 1993), est maintenant reconnue comme faisant partie intégrante du cours d’eau, où d’importants processus biogéochimiques ont lieu et qui accueille des ensembles très complexes et spécialisés d’invertébrés. Les caractéristiques et les interconnexions entre les habitats le long de ces trois dimensions spatiales varient dans le temps, tant à courte échelle (variations du régime hydrologique) qu’à longue échelle (évolution morpho dynamique des rivières), maintenant ainsi les variations constantes de la dynamique des rivières qui soutiennent le fonctionnement des écosystèmes aquatiques.
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Table des matières
CHAPITRE I : INTRODUCTION GENERALE
1. Généralités sur les bassins fluviaux
1.1. Fonctionnement des bassins fluviaux
1.2. Typologie et systèmes d’ordination des bassins versants
1.3. Concept du continuum fluvial (R.C.C.)
1.4. Grands fleuves d’Afrique de l’Ouest
1.5. Anthropisation des bassins fluviaux
1.5.1. Destruction de l’habitat
1.5.2. Altération physique des habitats
1.5.3. Influence sur la chimie de l’eau et des sédiments
2. Bassin versant du Niger
2.1. Généralités sur le bassin du Niger
2.2. Cadre institutionnel : Autorité du Bassin du Niger (A.B.N.)
2.3. Cadre climatique
2.4. Hydrologie et hydrographie du bassin du Niger
2.5. Variation inter saisonnalité de l’hydrologie du bassin du Niger
2.6. Principales menaces liées à l’anthropisation du bassin du Niger
2.6.1. Anthropisation du bassin du Niger
2.6.2. Impact lié aux constructions des barrages
2.6.3. Impacts liés aux activités minières
3. Zooplancton
3.1. Définition
3.2. Zooplancton des systèmes lotiques
3.3 Diversité Spécifiques du zooplancton
4. Objectifs de l’étude et organisation du manuscrit
CHAPITRE II : ZONE D’ETUDE ET METHODOLOGIE
1. Zone d’étude
1.1. Situation géographique
1.2. Caractéristiques physiques
1.2.1. Facteurs climatiques
1.2.1.1. Températures
1.2.1.2. Précipitations
1.2.1.3. Humidités relatives
1.2.1.4. Evapotranspiration
1.2.1.5. Insolation
1.2.1.6. Vents
1.3. Pédologie
1.4. Géomorphologie
1.5. Végétation du fleuve Niger
1.6. Hydrologie
2. Matériels et méthodes
2.1. Zone échantillonnée
2.2. Description des stations
2.2.1. Stations du fleuve Niger
2.2.2. Affluents du fleuve Niger
2.3. Dates d’échantillonnage
2.4. Prélèvement et Analyse du zooplancton
2.4.1. Prélèvement du zooplancton
2.4.2. Analyse du zooplancton
2.4.3. Identification
2.5. Mesure des facteurs environnementaux
2.5.1. Mesures réalisées sur le terrain
2.5.2. Dosages réalisés au laboratoire
2.5.2.1. Anions et cations
2.5.2.2. Matières en suspension
2.5.2.3. Mesure de la concentration de la chlorophylle a
CHAPITRE III : COMPOSITION GEOCHIMIQUES DES SEDIMENTS FLUVIAUX DU BASSIN DU FLEUVE NIGER, NIGER
1. Introduction
2. Matériels et méthode
2.1. Zone d’étude
2.2. Prélèvement des sédiments
2.3. Pré-traitement des échantillons
2.4. Analyse chimique des sédiments
2.5. Analyses statistiques
3. Résultats et discussion
3.1. Composition granulométrique des sédiments du Niger
3.2. Composition en éléments majeurs
3.3. Terres rares (REE)
3.3.1. Concentration des terres rares et variabilité
3.3.2. Distribution des profils de REE par rapport au PAAS et UCC
3.4. Éléments traces (ET) dans les sédiments du Niger
3.4.1. Teneurs en ET dans les fractions fines (< 63 µm)
3.4.2. Variabilité spatiale des éléments traces dans les sédiments du Niger
3.4.3. Enrichissement et origine des ET dans les sédiments de surface du lit du Niger
3.5. Concentration des ET dans les sédiments du fleuve Niger comparés avec les valeurs réglementaires
3.6. Indice de géo-accumulation (Igéo)
3.7. Contributions en ET des sources anthropique et naturelle dans les sédiments du Niger
3.7.1. Cadmium
3.7.2. Arsenic
3.7.3. Chrome
4. Conclusion
Références
CHAPITRE IV : DIVERSITE ET ABONDANCE DES ROTIFERES EN RELATION AUX VARIABLES ENVIRONNEMENTALES DANS LE FLEUVE NIGER, NIGER
1. Résumé du chapitre
2. Article: Rotifers in the River Niger, Niger: diversity and abundance in relation to environmental parameters
CHAPITRE V : DISTRIBUTION DU ZOOPLANCTON ET STRUCTURE DES COMMUNAUTES DANS LE FLEUVE NIGER, NIGER
1. Résumé du chapitre
2. Article: Zooplankton distribution and community structure in the Niger River and tributaries in Niger
CHAPITRE VI : DISCUSSION GENERALE
CONCLUSION GENERALE
