1C'est dans l'eau qu’est apparue la vie sur Terre, il y a 3,5 milliards d’années. De nos jours, les écosystèmes aquatiques continentaux – plans d’eau, cours d’eau et estuaires – sont considérés comme des « hot spots » de biodiversité, parmi les plus riches au monde. Représentant à peine 0,8 % de la surface du globe et 0,01 % de son volume d'eau, ils abritent en effet près de 10 % des espèces connues, dont plus de 30 % des vertébrés.

2Cette extrême diversité est le fruit de l’adaptation millénaire des espèces à des conditions environnementales très variées (salinité, température, ensoleillement, oxygène dissous, sels minéraux et nutriments), marquées par de forts gradients, dans des milieux bio-géographiquement isolés par des barrières infranchissables par la plupart des organismes aquatiques. Vivre dans l’eau n’est pas une mince affaire et les solutions pour respirer, flotter et se déplacer, se reproduire, maintenir l’équilibre osmotique interne, ont donné lieu à des formes de vie d’une grande variété. Au cours du temps, les organismes aquatiques se sont adaptés à la variabilité naturelle des régimes hydrologiques de leurs bassins versants (climat, géologie, géochimie). Leurs cycles de vie se déroulent en synchronie avec les crues et les étiages.

Vivre au fil de l’eau

3Véritable moteur de l’hydrosystème*, la dynamique spatio-temporelle de l’eau crée une mosaïque changeante et complexe d’écosystèmes aquatiques et semi-aquatiques : cours d’eaux vives ou plus lentes du chenal principal, eaux stagnantes des bras-morts et marais latéraux du lit majeur. Tous sont interconnectés par des flux spatio-temporels d’énergie, de matière et d’organismes, qui circulent entre les différents niveaux de l’édifice biologique – des producteurs aux consommateurs – et dépendent de la structure et des interactions entre les espèces qui composent les réseaux trophiques*. De leur source à l’embouchure, les cours d’eau constituent des systèmes longitudinalement solidaires, dont le fonctionnement aval est sous l’étroite dépendance des processus physico-chimiques et biologiques qui se déroulent en amont.

4Dans les têtes de bassin, l’eau s’écoule rapidement sur des substrats rocheux et pentus. Le couvert végétal limite la productivité primaire* locale par son ombrage. La végétation rivulaire enrichit le cours d’eau d’une litière foliaire abondante : feuilles, brindilles, branches et troncs d’arbres morts. Rendue digeste par l’action des bactéries et des champignons, celle-ci est attaquée par des invertébrés, qui la déchiquettent, la fragmentent, la ramassent sur le fond et la transforment en particules organiques plus fines.

5En aval, alors que la pente diminue, la vitesse d’écoulement diminue. La température s’élève. La rivière s’élargit et les apports rivulaires se réduisent. L’ensoleillement augmente et la végétation se développe dans le lit du cours d’eau et de ses annexes hydrauliques. Aux débris végétaux dérivant de l’amont, viennent donc s’ajouter les matières organiques produites par les organismes vivant dans le milieu aquatique (végétaux essentiellement, mais aussi animaux). Les particules transportées s’affinent et les organismes filtreurs dominent : larves de diptères, vers oligochètes et mollusques. D’autres, larves d’éphémères, de trichoptères et de diptères, y compris certains poissons, broutent le film biologique recouvrant les substrats rocheux ou ligneux*, essentiellement constitué de diatomées*.

6En plaine, la vitesse d’écoulement diminue encore. Les eaux chargées de nutriments et de particules fines deviennent turbides, du fait combiné du développement planctonique et des particules en suspension. Les organismes s’alimentent de matière organique, issue des sédiments, du plancton ou des végétaux fixés, produite dans le lit de la rivière et dans des bras-morts ou délaissés, plus ou moins reliés au cours principal par les débordements de la plaine d’inondation.

S’adapter au fil de l’eau

7Si la répartition des communautés végétales est régie par les conditions hydro-morpho-dynamiques et les teneurs en éléments nutritifs, celles-ci sont, en retour, un facteur de contrôle des écoulements et de l’érosion*. Elles offrent des habitats et régulent la température et la physico-chimie de l’eau. Par son système racinaire, la ripisylve* des berges offre des zones d’abris et de reproduction à certains poissons et invertébrés. À l’interface entre les eaux de surface et les eaux souterraines, les communautés interstitielles jouent également un rôle majeur dans la dynamique des échanges physiques, chimiques et biologiques, et la régulation des flux de nutriments (cf. III.29). Elles participent en particulier de façon décisive à la recolonisation des cours d’eau intermittents.

8La répartition des poissons dépend en grande partie des régimes thermiques et de la vitesse des écoulements. Les secteurs amont contraignants (températures froides, fortes pentes et faibles profondeurs) sont colonisés par un nombre réduit d’espèces rhéophiles adaptées au courant (truites, loche, chabot, vairon). Dans les secteurs aval de plus faibles pentes s’y ajoutent des espèces moins spécialisées (chevesne, vandoise, barbeau). L’hétérogénéité des habitats présents, marquée par l’alternance de zones de courant et de zones plus profondes où l’écoulement ralentit, y favorise la coexistence d’espèces d’eaux vives et d’eaux calmes (limnophiles) se réchauffant l’été (perche, gardon, ablette). En plaine, les annexes hydrauliques* latérales sont des habitats favorables à certaines espèces, comme lieu de reproduction et de nourricerie. Les prairies inondées par les crues sont aussi propices à la reproduction de poissons, comme le brochet.

La rivière Gartempe à Lathus (86). © A. Dutartre/IRSTEA

Une biodiversité sous pression

9Le nombre des espèces vivant dans les eaux continentales diminue de manière préoccupante, plus rapidement ces dernières décennies que sur terre et dans la mer. En 2000, plus de 3 500 espèces de vertébrés et d’invertébrés inféodés aux eaux continentales étaient classées à haut risque d’extinction, dont 20 % d’espèces de poissons. En 2009, seules 43 % des eaux de surface européennes se trouvaient dans un état écologique bon ou très bon, et l’objectif pour 2015 du bon état écologique demandé par la Directive-cadre sur l'eau ne devrait être atteint que pour 53 % d'entre elles.

10Les sources d’altération sont nombreuses, issues de multiples pressions interagissant : destruction et fragmentation des habitats, diminution et modification des régimes de débits, pollution et contamination, surexploitation de la pêche, introduction ou transfert d’espèces. S’y ajoutent les effets du changement climatique, modifiant les aires de répartition et intensifiant les phénomènes météorologiques extrêmes, crues et sécheresses.

11L’érosion de la biodiversité qui en découle entraîne des transformations de la structure et de la composition des communautés et de nouvelles interactions entre les espèces, menaçant ainsi la capacité de résilience* des écosystèmes à faire face à une perturbation et à se maintenir dans un état favorable à la production des services écosystémiques* bénéficiant aux êtres humains, dont dépend leur bien-être et leur devenir. L’enjeu est aujourd’hui de préserver ou restaurer ce capital naturel, qui concerne non seulement les espèces, mais aussi leurs espaces.