FR3116528A1 - Système et méthode pour la gestion écologique des efflorescences de cyanobactéries dans les plans d’eau. - Google Patents
Système et méthode pour la gestion écologique des efflorescences de cyanobactéries dans les plans d’eau. Download PDFInfo
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Classifications
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- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract
L’invention concerne une structure de protection (303) de plantes hydrophytes, partiellement ou totalement recouverte d’au moins un matériau comprenant des ouvertures, cette structure (303) étant apte à se maintenir à une profondeur définie dans la colonne d’eau d’un plan d’eau (300), et contenant au moins un moyen d’ancrage racinaire et des plantes hydrophytes. L’invention concerne également un système de contrôle de l’efflorescence des cyanobactéries comprenant au moins une telle structure de protection (303). L’invention porte également sur une méthode pour contrôler l’efflorescence des cyanobactéries dans un plan d’eau (300) mettant en œuvre un tel système. L’invention concerne encore l’utilisation d’un tel système pour contrôler l’efflorescence de cyanobactéries dans une zone délimitée (301) d’un plan d’eau (300), ou dans un plan d’eau (300) dans son intégralité ; ainsi que pour rééquilibrer un écosystème perturbé d’un plan d’eau (300).
Figure pour l’abrégé : figure 3B.
Description
La présente invention appartient au domaine technique de la gestion des plans d’eau, et notamment la lutte contre la prolifération excessive des cyanobactéries.
Plus particulièrement, l’invention concerne une structure de protection de plantes hydrophytes, partiellement ou totalement recouverte d’au moins un matériau comprenant des ouvertures. Cette structure est apte à se maintenir à une profondeur définie dans la colonne d’eau, et contient au moins un moyen d’ancrage racinaire et des plantes hydrophytes.
L’invention concerne également un système de contrôle de l’efflorescence des cyanobactéries comprenant au moins une structure de protection selon l’invention et des moyens de maintien de cette structure dans une zone de traitement.
L’invention concerne encore une méthode pour contrôler l’efflorescence des cyanobactéries dans un plan d’eau comprenant les étapes d’installation d’au moins une structure selon l’invention dans une zone de traitement et d’entretien de la structure et des plantes hydrophytes qu’elle contient.
Ainsi, l’invention concerne l’utilisation d’au moins une structure de protection, ou d’un système selon l’invention, pour contrôler l’efflorescence de cyanobactéries dans une zone de traitement pouvant être un plan d’eau dans son intégralité, une zone délimitée du plan d’eau ou encore une zone adjacente au plan d’eau, ainsi que pour rééquilibrer un écosystème perturbé d’un plan d’eau.
Arrière-plan technologique
Les cyanobactéries, également appelées « algues bleues » ou « algues bleu-vert », sont une composante normale et fréquente du phytoplancton des eaux douces. Ce sont des bactéries photoautotrophes qui contiennent de la chlorophylle et d'autres pigments, d'où leurs couleurs variées, bleue dans près de la moitié des cas, mais aussi dorée, jaune, brune, rouge, orangée, verte, violette, ou bleue foncée tirant sur le noir. Les cyanobactéries sont une espèce très ancienne qui a développé des stratégies d’adaptation remarquables. Les proliférations massives de cyanobactéries, aussi appelées blooms, forment par exemple des fleurs d'eau de couleur particulière qui apparaissent sur un plan d'eau déséquilibré, créant ainsi une coloration des eaux, la formation d’écumes, et des odeurs désagréables. On assiste à ces efflorescences algales quand l'eau contient de l'azote ou du phosphore en excès, ce qui correspond au phénomène d’eutrophisation, qui est une conséquence par exemple d'une agriculture trop intensive, d'une mauvaise épuration des eaux urbaines, ou encore d’apports sédimentaires en provenance du bassin versant des cours d’eau alimentant le plan d’eau. Notamment, si la concentration en phosphore (P), nutriment clé dans la croissance des cyanobactéries, est supérieure à 10 μg de P/L dans un plan d’eau, et en particulier supérieure à 25 μg de P/L, le risque d’efflorescences est moyen, voire fort. La prolifération excessive des cyanobactéries est également favorisée par l'ensoleillement important ou la température élevée de l’eau, notamment à partir de 25°C. La faible circulation de l’eau, par exemple si les conditions météorologiques sont calmes, favorise également le développement des cyanobactéries.
On retrouve ces efflorescences communément dans les lacs d’eau douce, les étangs, les réservoirs, mais également dans certaines rivières de nombreuses régions du monde.
Certaines cyanobactéries libèrent différentes substances, dont des toxines appelées cyanotoxines, qui sont à l’origine de problèmes sanitaires liés à leurs efflorescences. Ces cyanotoxines, intracellulaires et synthétisées par les cellules en croissance, peuvent être des dermatotoxines, des hépatotoxines et plus rarement des neurotoxines, agissant sur différents organes cibles. Les enfants constituent la population la plus à risque. Les animaux, et en particulier les chiens, sont également fréquemment empoisonnés par ces cyanotoxines. Afin de préserver la santé humaine et animale, les Agences Régionales de Santé (ARS) alertent les usagers et prennent des mesures sanitaires en cas de pics de cyanobactéries.
Les épisodes d’efflorescences sont imprévisibles et leurs conséquences peuvent être lourdes. Au niveau environnemental, cela se traduit par la perturbation du fonctionnement des écosystèmes aquatiques, notamment par la diminution de l’oxygène dissous, la perturbation du réseau trophique, ou encore la toxicité de l’eau. Au niveau socio-économique, les préjudices concernent l’eau potable mais aussi les activités liées au tourisme, telles que la baignade ou autres activités nautiques. Lorsque l’on dénombre plus de 100 000 cellules/mL dans un plan d’eau, la fermeture des sites de baignade ou de loisirs nautiques est ordonnée.
Les effets à long-terme liés à de faibles quantités de toxines sont à considérer tout autant que les effets à court-terme liés à de fortes quantités de toxines. En conséquence, au-delà du risque pour la santé humaine ou animale, ces efflorescences ont un effet négatif sur les activités liées au tourisme et aux loisirs sur ces zones.
Lors d’une efflorescence, un diagnostic est réalisé sur la retenue d’eau et son bassin versant pour identifier la cause de ce développement anormal. En fonction de ce diagnostic, des actions de contrôle des populations de cyanobactéries seront conduites directement au sein du plan d’eau, ou bien en amont, au niveau des effluents/du bassin versant apportant l’eau dans le plan d’eau. Une telle action au niveau du bassin versant est notamment à mettre en place lorsque les nutriments favorisant le développement des algues proviennent en majeure partie des apports extérieurs au plan d’eau lui-même.
Face aux nuisances générées par les cyanobactéries, les gestionnaires de plans d’eau ont donc mis en œuvre différentes techniques de prévention de l’eutrophisation des retenues d’eau de manière générale :
- des techniques préventives qui visent à empêcher l'apparition d'une altération ;
- des techniques curatives qui permettent de remédier à une altération à plus ou moins long terme.
- des techniques préventives qui visent à empêcher l'apparition d'une altération ;
- des techniques curatives qui permettent de remédier à une altération à plus ou moins long terme.
Les solutions préventives concernent l’ensemble du bassin versant. Bien qu’elles constituent un préalable indispensable, leurs effets limités à court terme ont conduit à la recherche de solutions originales palliatives aux effets plus immédiats, qui masquent temporairement les effets d'une altération sans en éliminer les causes.
Parmi les solutions déjà proposées pour lutter contre l’efflorescence des cyanobactéries, on peut citer les méthodes chimiques, les méthodes physiques et les méthodes de gestion aquacoles.
On connaît, notamment dans les plans d’eau du Grand Ouest de la France, les techniques chimiques suivantes :
- précipitation du phosphore présent dans l’eau à l’aide de sels de calcium, de fer, etc. ;
- injection de peroxyde d’hydrogène depuis la surface ;
- utilisation de sulfate de cuivre en tant qu’algicide pour le traitement préventif des plans d’eau.
- précipitation du phosphore présent dans l’eau à l’aide de sels de calcium, de fer, etc. ;
- injection de peroxyde d’hydrogène depuis la surface ;
- utilisation de sulfate de cuivre en tant qu’algicide pour le traitement préventif des plans d’eau.
On peut également citer les techniques physiques suivantes :
- abaissement du niveau d’eau du plan d’eau afin d’exposer les sédiments à l’air libre ;
- utilisation d’ultrasons, notamment par des radeaux à ultrasons ou des passages en bateau, afin de détruire la membrane cellulaire des cyanobactéries.
- abaissement du niveau d’eau du plan d’eau afin d’exposer les sédiments à l’air libre ;
- utilisation d’ultrasons, notamment par des radeaux à ultrasons ou des passages en bateau, afin de détruire la membrane cellulaire des cyanobactéries.
L’ensemble de ces méthodes présente cependant l’inconvénient majeur d’être non spécifique des cyanobactéries, et donc de nuire à d’autres espèces vivantes. De plus, ces solutions ne sont pas pérennes, et de nouvelles efflorescences pourront survenir. Le point négatif majeur de ces méthodes, hormis l’injection de sulfate de cuivre, réside dans l’éclatement des membranes cellulaires qu’elles provoquent, entraînant la libération des composés intracellulaires dont potentiellement les cyanotoxines : paradoxalement, ces méthodes augmentent la teneur en toxines de l’eau à traiter. En effet, la fraction de cyanotoxines intracellulaires est généralement beaucoup plus importante que celle libérée dans le milieu dans un cycle normal des cyanobactéries.
Les méthodes consistant à ajouter du sulfate de cuivre dans le plan d’eau présentent l’inconvénient, quant à elles, d’introduire et d’accumuler dans le milieu du cuivre, métal classé dans la catégorie H410 selon le règlement CLP (« Classification, Labelling, Packaging », règlement (CE) n° 1272/2008 du Parlement européen relatif à la classification, à l'étiquetage et à l'emballage des substances chimiques et des mélanges) qui correspond à la mention « très toxique pour les organismes aquatiques, entraînant des effets néfastes à long terme ». Ces traitements chimiques doivent de plus être appliqués dès les premiers signes de prolifération des cyanobactéries pour limiter la quantité de toxines intracellulaires qui seront libérées dans le milieu, comme évoqué plus haut.
Aujourd’hui, dans le cadre de la gestion des eaux de baignade ou de la gestion des réservoirs d’eau brute destinés à la production d’eau potable, la mise en œuvre de ces techniques n’est pas préconisée par les ARS, et l’épandage de sulfate de cuivre est interdit.
Il existe d’autres méthodes de contrôle de l’apparition d’efflorescences de cyanobactéries qui ne font pas intervenir de produits chimiques ou les techniques physiques précédentes. Notamment, il existe des méthodes davantage centrées sur le rééquilibrage écologique du plan d’eau à traiter. Par exemple, l’installation de plantes aquatiques dans des plans d’eau permet d’améliorer la prolifération du zooplancton, prédateur naturel des cyanobactéries. Toutefois, cette technique naturelle n’est pas tout à fait satisfaisante. En particulier, les plantes recouvrent la surface du plan d’eau et empêchent la lumière émise par le soleil de pénétrer, perturbant ainsi l’écologie du plan d’eau voire favorisant son eutrophisation. De plus, la présence de certains poissons favorise la survenue des efflorescences de cyanobactéries, et ces populations de poissons vont pouvoir se développer en se nourrissant des plantes aquatiques introduites dans le plan d’eau. Ainsi, les résultats obtenus grâce à ce type de méthode restent décevants.
Enfin, des méthodes reposent sur la gestion piscicole et consistent principalement à retirer les espèces de poissons prédatrices du zooplancton, tels que les carpes. Malheureusement, ces méthodes ne sont pas non plus pérennes et leur efficacité pourrait être améliorée.
Ainsi, il existe un besoin pour une solution permettant la prévention et/ou le traitement efficace des efflorescences des cyanobactéries dans les plans d’eau. Ceci est d’autant plus pressant qu’au cours des dernières années, les cas de proliférations ont été de plus en plus nombreux et bien que la recherche progresse, il n’existe toujours pas de solution idéale à ce jour.
L’objectif de l’invention est donc de répondre à ce besoin par une solution écologique de traitement des efflorescences de cyanobactéries dans les zones d’usage sensible de plans d’eau. L’invention vise à apporter une solution écologique et durable dans la lutte contre les cyanobactéries, afin de garantir la santé des usagers des plans d’eau (baignade et loisirs nautiques) et de rétablir l’équilibre de l’écosystème.
Un premier objet selon l’invention concerne une structure de protection de plantes hydrophytes partiellement ou totalement recouverte d’au moins un matériau comprenant des ouvertures, caractérisée en ce qu’elle est apte à se maintenir à une hauteur définie dans la colonne d’eau, et en ce qu’elle contient des plantes hydrophytes et au moins un moyen d’ancrage racinaire.
L’invention repose sur une approche tout à fait nouvelle et originale de rétablissement de l’équilibre naturel d’un écosystème, notamment en améliorant indirectement les pressions naturelles s’exerçant sur les cyanobactéries, afin de limiter leur croissance excessive. Les plantes hydrophytes constituent un refuge pour le zooplancton, prédateur naturel des cyanobactéries. Également, ces plantes hydrophytes possèdent des propriétés allélopathiques, qui consistent en l’émission dans l'eau de substances éliminant ou limitant la prolifération des cyanobactéries. Grâce à la structure de protection selon l’invention, les plantes hydrophytes sont bien ancrées par les racines dans des moyens d’ancrage racinaire. Elles sont suffisamment proches de la surface de l’eau pour leur permettre de conduire leur activité photosynthétique et leur croissance, tout en étant suffisamment submergées pour ne pas risquer d’être exposées à l’air libre, ce qui est néfaste à leur développement, leur cycle s’effectuant dans l’eau. Grâce à une telle structure de protection, les oiseaux, les poissons d’une certaine taille et les rongeurs, tels que les ragondins, ne peuvent plus consommer les plantes hydrophytes situées à l’intérieur de la structure. Elle permet également de réduire l’intensité des facteurs hydrodynamiques dans le plan d’eau, comme les vagues et le courant, qui peuvent être délétères aux plantes hydrophytes. En garantissant une protection aux plantes hydrophytes, la structure de protection selon l’invention permet aux populations de zooplancton de s’y développer et ainsi d’augmenter la pression de prédation exercée sur les cyanobactéries.
Selon un mode de réalisation, la structure de protection selon l’invention est une structure en bois et comprend en outre des moyens permettant à la structure de se maintenir à une certaine hauteur dans la colonne d’eau, comme par exemple des bouées.
Ce mode de réalisation permet de construire des structures économiques, en produit naturel (le bois), dont la flottabilité pourra être modulée grâce aux moyens de maintien de la structure à une certaine hauteur dans la colonne d’eau.
Selon un autre mode de réalisation, la structure de protection selon l’invention est en plastique, notamment en plastique recyclé. Ce matériau présente l’avantage de permettre de réaliser des structures qui se maintiennent elles-mêmes à une certaine hauteur dans la colonne d’eau, sans qu’il soit nécessaire de leur associer des moyens supplémentaires, comme par exemple des bouées. De plus, l’utilisation de plastique recyclé est plus respectueuse de l’environnement.
Selon un mode de réalisation, les plantes hydrophytes selon l’invention appartiennent à au moins une espèce végétale de macrophytes immergées, choisie parmiMyriophyllum spicatum,Ceratophyllum demersum , Elodea canadensis , Elodea nuttallii , Najas marinasubsp.intermedia , Myriophyllum verticillatum , Stratiotes aloides , Chara aspera , Chara globularis , Chara tomentosa , Chara contraria , Potamogeton lucens , Potamogeton crispus ,ou encoreStuckenia pectinata ,et en particulier parmi les espècesMyriophyllum spicatumetCeratophyllum demersum.
De telles espèces végétales sont particulièrement intéressantes pour la gestion de plans d’eau en France, mais aussi dans d’autres pays européens, du fait de leur distribution sur ces territoires. Elles sont ainsi disponibles et ne présentent pas les inconvénients des espèces introduites (prolifération non-contrôlée, contaminations, etc.). Ces espèces seraient également capables de sécréter des substances néfastes pour les cyanobactéries (allélopathie négative).
Un second objet selon l’invention concerne un système de contrôle de l’efflorescence des cyanobactéries dans un plan d’eau comprenant :
- au moins une structure de protection selon le premier objet de l’invention ;
- des moyens de maintien de ladite structure dans une zone de traitement.
- au moins une structure de protection selon le premier objet de l’invention ;
- des moyens de maintien de ladite structure dans une zone de traitement.
Ce système est particulièrement avantageux car il permet de maintenir au moins une structure de protection des plantes hydrophytes selon l’invention aussi bien dans le plan d’eau dans son intégralité, que dans une zone plus restreinte et bien délimitée à l’intérieur ou à l’extérieur du plan d’eau, dans laquelle la prévention ou le traitement de l’efflorescence de cyanobactéries pourront être optimisés. Ce système permet un bon maintien, stable, de plusieurs structures de protection, dans la zone de traitement. Le système de contrôle de l’efflorescence des cyanobactéries selon l’invention présente sécurité et robustesse, notamment à l’encontre des intempéries ou encore des dégradations pouvant être engendrées par la faune sauvage ou les baigneurs occupant le plan d’eau.
Selon un mode de réalisation, la zone de traitement est le plan d’eau dans son intégralité.
Selon un autre mode de réalisation, la zone de traitement est une zone restreinte à l’intérieur du plan d’eau, isolée par un moyen de délimitation.
Selon encore un autre mode de réalisation cette zone de traitement est externe au plan d’eau, telle qu’un bassin aménagé sur les berges. Cet arrangement facilite la mise en place, la gestion et l’entretien des structures de protection abritant les plantes hydrophytes. Il permet également de s’assurer qu’aucun baigneur n’entre en contact avec ces structures à l’intérieur du plan d’eau, protégeant ainsi de façon améliorée ces structures, tout en évitant aux baigneurs de se blesser.
Selon un mode de réalisation particulier, le système selon l’invention comprend en outre au moins un moyen de délimitation d’une zone à traiter, distincte dudit moyen de délimitation de la zone de traitement.
En l’absence de tels moyens de délimitation d’une zone à traiter, la zone à traiter consiste en l’ensemble du plan d’eau ou, si une zone de traitement est délimitée dans le plan d’eau par des moyens de délimitation, à l’ensemble du plan d’eau extérieur à cette zone de traitement.
Dès lors, le système selon l’invention présente l’avantage d’être adaptable à différents environnements, quelle que soit la taille du plan d’eau. Il peut être intégré aussi bien à des bassins de petite circonférence qu’à des lacs de grande taille. Selon ce mode de réalisation avantageux, le contrôle de la prolifération excessive des cyanobactéries peut être mis en œuvre dans une zone spécifique d’un plan d’eau seulement. Le système selon l’invention est donc adapté à la délimitation, à l’intérieur d’un lac de très grande superficie, d’une zone plus restreinte appropriée par exemple à la baignade, qui correspondra à la zone à traiter. Il est possible de ne traiter que cette zone limitée, permettant notamment une surveillance bien plus aisée et contrôlée de la baignade par des sauveteurs secouristes et maîtres-nageurs.
Selon un mode de réalisation, le moyen de délimitation comprend des bâches munies de flotteurs, avec des jupes de longueur définie.
Un tel système est facile à mettre en œuvre, et bien adapté à l’environnement aquatique, notamment car il résiste aux mouvements de l’eau et est étanche.
Selon un mode de réalisation supplémentaire, le système selon l’invention comprend des moyens aptes à conduire de l'eau de la zone à traiter vers la zone de traitement, puis à évacuer l'eau de ladite zone de traitement vers ladite zone à traiter.
Grâce à ce mode de réalisation, l’eau est traitée sur un circuit court, pratiquementin situ, ce qui offre l’avantage d’être simple à mettre en œuvre, et de limiter l’introduction dans la zone à traiter d’eau d’origine extérieure qui pourrait être mal supportée par les êtres vivants aquatiques. En effet, l’eau traitée aura des caractéristiques physico-chimiques tout à fait compatibles avec la zone à traiter dans laquelle elle sera réintroduite. Ainsi, la faune et la flore endogènes seront préservées. De plus, un tel système évite de mettre en œuvre des moyens plus complexes de transport de l’eau vers des stations de traitement extérieures au plan d’eau. Ce mode de réalisation est donc plus économique que d’autres solutions.
Un troisième objet selon l’invention concerne une méthode pour contrôler l’efflorescence des cyanobactéries dans un plan d’eau. Cette méthode comprend les étapes suivantes :
- installation d’au moins une structure de protection de plantes hydrophytes selon le premier objet de l’invention dans une zone de traitement ;
- entretien de la structure et des plantes hydrophytes qu’elle contient.
- installation d’au moins une structure de protection de plantes hydrophytes selon le premier objet de l’invention dans une zone de traitement ;
- entretien de la structure et des plantes hydrophytes qu’elle contient.
Une telle méthode permet de prévenir ou de traiter les efflorescences de cyanobactéries sur le plan d’eau de façon naturelle, écologique et pérenne.
Selon un mode de réalisation préféré, la méthode selon l’invention comprend une étape supplémentaire de sélection piscicole dans la zone à traiter.
La réduction des populations des espèces de poissons dont on sait qu’elles favorisent de manière directe ou indirecte la survenue et/ou le développement des efflorescences de cyanobactéries permet d’améliorer encore les résultats obtenus grâce à la méthode selon l’invention.
Selon un mode de réalisation, l’étape de sélection piscicole consiste en la réduction, voire la suppression, des populations de poissons qui sont présentes dans la zone à traiter et i) qui favorisent la remise en suspension des sédiments ; et/ou ii) qui consomment le zooplancton.
Il est alors possible de limiter l’eutrophisation du milieu et d’améliorer le développement du zooplancton par le maintien de ses zones de refuge et par la réduction de sa consommation par les poissons prédateurs. Les efflorescences de cyanobactéries sont alors mieux contrôlées par la réduction du déséquilibre en nutriments dans le milieu et le rétablissement d’une pression de prédation.
Selon un mode de réalisation, la méthode comprend les étapes supplémentaires selon lesquelles :
- les eaux provenant de la zone à traiter sont conduites vers la zone de traitement comprenant au moins une structure de protection des plantes hydrophytes ;
- les eaux traitées dans la zone de traitement sont conduites vers la zone à traiter.
- les eaux provenant de la zone à traiter sont conduites vers la zone de traitement comprenant au moins une structure de protection des plantes hydrophytes ;
- les eaux traitées dans la zone de traitement sont conduites vers la zone à traiter.
Ainsi, le contrôle de l’efflorescence est optimisé en limitant les coûts de mise en œuvre. Le respect du milieu est également garanti en n’introduisant pas de composés exogènes dans la zone à traiter, qui peut être différente ou identique à la zone de traitement, et dans ce dernier cas concerner le plan d’eau tout entier.
Selon un autre mode de réalisation, la méthode selon l’invention comprend les étapes supplémentaires selon lesquelles :
- la teneur en phycocyanine de l’eau sortant de la zone de traitement est mesurée ;
- de l’eau potable est conduite dans la zone à traiter si ladite teneur en phycocyanine est trop élevée, c’est-à-dire au-delà d’une valeur définie, et ce jusqu’à ce que la teneur en phycocyanine de l’eau sortant de ladite zone à traiter soit inférieure à ladite valeur définie.
- la teneur en phycocyanine de l’eau sortant de la zone de traitement est mesurée ;
- de l’eau potable est conduite dans la zone à traiter si ladite teneur en phycocyanine est trop élevée, c’est-à-dire au-delà d’une valeur définie, et ce jusqu’à ce que la teneur en phycocyanine de l’eau sortant de ladite zone à traiter soit inférieure à ladite valeur définie.
Ce mode de réalisation permet de façon complémentaire d’atteindre plus rapidement une meilleure qualité de l’eau et ainsi de contrôler plus rapidement les efflorescences des cyanobactéries dans la zone à traiter. En effet, la phycocyanine est un indicateur proportionnellement corrélé à l’abondance des cyanobactéries dans l’eau.
Selon un mode de réalisation particulier, la méthode selon l’invention comprend les étapes supplémentaires suivantes :
- gestion des sédiments du plan d’eau ;
- remédiation écologique des berges et cours d’eau en amont du plan d’eau ;
- amélioration de l’hydromorphologie du ou des cours d’eau alimentant le plan d’eau.
- gestion des sédiments du plan d’eau ;
- remédiation écologique des berges et cours d’eau en amont du plan d’eau ;
- amélioration de l’hydromorphologie du ou des cours d’eau alimentant le plan d’eau.
La méthode selon l’invention comprend ainsi des actions directes sur le plan d’eau à surveiller ou à traiter, qui sont de nature curative ou palliative. Cette méthode comprend également des actions préventives. Cette adaptation du cadre environnemental permet avantageusement d’alléger les étapes d’intervention sur le plan d’eau en lui-même, tout en renforçant le contrôle des populations de cyanobactéries au sein du bassin et la sécurité des baigneurs. En effet, si le plan d’eau ainsi que son environnement extérieur sont surveillés et adaptés, les efflorescences de cyanobactéries seront plus facilement régulées, et ce de manière fiable.
Enfin, un quatrième objet selon l’invention concerne l’utilisation d’au moins une structure de protection des plantes hydrophytes selon le premier objet de l’invention, ou d’un système selon le deuxième objet de l’invention, pour contrôler l’efflorescence de cyanobactéries dans des plans d’eau.
Brève description des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre de simple exemple illustratif, et non limitatif, en relation avec les figures, parmi lesquelles :
Description détaillée de l'invention
Le principe général de l’invention repose sur la mise en place de plantes hydrophytes dans des structures de protection, par l’intermédiaire de moyens d’ancrage racinaire, lesquelles structures étant partiellement ou totalement recouvertes d’au moins un matériau comprenant des ouvertures. Ces structures de protection sont immergées dans un plan d’eau, au sein d’une zone de traitement, physiquement délimitée ou non dans le plan d’eau, ou encore extérieure au plan d’eau, et sont aptes à se maintenir à une profondeur déterminée dans la colonne d’eau, afin de contrôler et de réduire les efflorescences de cyanobactéries dans ce plan d’eau, pour protéger notamment les baigneurs.
L’écosystème d’un tel plan d’eau s’appuie sur trois types d’organismes vivants :
- les plantes dites hydrophytes, vivant totalement immergées dans l'eau ;
- le zooplancton, prédateur naturel des cyanobactéries ; et
- les poissons.
- les plantes dites hydrophytes, vivant totalement immergées dans l'eau ;
- le zooplancton, prédateur naturel des cyanobactéries ; et
- les poissons.
Le maintien d’espèces de poissons carnivores et la réduction, voire la suppression, d’espèces prédatrices du zooplancton est une gestion nécessaire pour lutter contre la prolifération excessive des cyanobactéries dans les plans d’eau.
Structures de protection de plantes hydrophytes
Un premier objet selon l’invention concerne une structure de protection de plantes hydrophytes.
On entend par « hydrophyte », au sens de l’invention, toute plante dont l’appareil végétatif se développe à l’intérieur d’un plan d’eau douce.
Dans les eaux douces périodiquement asséchées, le zooplancton, seul prédateur naturel des cyanobactéries, fait preuve d'une bonne résilience écologique, grâce à des œufs capables de survivre à de longues périodes sèches, de plusieurs années parfois. Les plantes macrophytes sont un excellent habitat pour les populations de zooplancton, dont les espèces diffèrent en fonction des espèces de macrophytes présentes. Par exemple, les plantes flottantes comme le cornifle sont plus porteuses de rotifères commeTestudinellaet de cladocères commeAlonaetChydorus, tandis que les plantes immergées telles que le myriophylle regroupent plus de rotifèresSynchaeta, de cladocèresDaphniaet de copépodes. La végétation influe également sur la taille des individus de zooplancton. En effet, en l’absence de végétation, les populations zooplanctoniques sont composées de rotifères et de cladocères de petite taille, en opposition à la présence d’individus de taille importante en présence de végétation. Ces individus de zooplancton ont bel et bien une pression de pâturage importante sur le phytoplancton, y compris sur les cyanobactéries, bien que leurs cyanotoxines limitent cette consommation par rapport à celle du reste du phytoplancton.
Ainsi, les hydrophytes préférées selon l’invention sontMyriophyllum spicatumetCeratophyllum demersum. Ces deux espèces sont particulièrement intéressantes car elles sont naturellement présentes sur l’ensemble du territoire français. Également, elles sont aptes à produire des substances biochimiques et bioactives néfastes aux cyanobactéries, et jouent un rôle important dans la compétition avec ces dernières pour les ressources telles que l’eau, la lumière et diverses substances nutritives. Ce comportement, dit allélopathique négatif, réduit la survie des cyanobactéries et limite leur développement. Il est donc avantageux selon l’invention de placer au moins deux espèces végétales hydrophytes dans les structures de protection car les cycles de développement de tels végétaux peuvent être complémentaires, et par conséquent leurs rôles vis-à-vis du zooplancton également.
Bien entendu, en fonction de la localisation géographique du plan d’eau à traiter, d’autres hydrophytes peuvent être sélectionnées, par exemple sur la base de la littérature et de leur distribution géographique, pour être mieux adaptées à l’environnement du plan d’eau.
Les hydrophytes utiles au contrôle des populations de cyanobactéries dans les plans d’eau sont abritées dans des structures selon l’invention, afin de les protéger de la prédation.
Les hydrophytes peuvent être obtenues par différents moyens. En particulier, elles peuvent être produites par bouturage à partir d’un prélèvement effectué dans la nature. Dans ce cas, le prélèvement de boutures locales à proximité des plans d’eau est préféré. Elles peuvent également être fournies par des pépinières.
Les structures de protection des plantes hydrophytes selon l’invention peuvent être de forme parallélépipédique ou cubique, préférentiellement de forme parallélépipédique. Elles peuvent présenter une longueur de 1 à 2m, une largeur de 0,5 à 1m et une hauteur de 0,5 à 1m. Afin de protéger les plantes placées dans ces structures, ces dernières sont entièrement recouvertes d’un ou plusieurs matériaux de protection. Le fond et les côtés de l’ossature des structures sont préférentiellement habillés d’un matériau comprenant des ouvertures, comme un grillage par exemple. La partie supérieure peut, quant à elle, être coiffée d’un matériau différent de celui qui recouvre le reste de la structure, et amovible, tel qu’un matériau plus souple, comme un filet souple.
Dans une telle configuration, les structures de protection permettent de limiter la prédation des plantes par les oiseaux et les diverses espèces de poissons éventuellement présentes dans le plan d’eau, notamment les poissons de taille supérieure à 1,5cm, ainsi que par les rongeurs, tels que les ragondins. Cette conception spécifique permet également d’améliorer la protection des plantes piégées dans les structures vis-à-vis des conditions hydrodynamiques du plan d’eau, comme les vagues et le courant par exemple.
De préférence, les plantes hydrophytes sont mises en place au sein du plan d’eau avant la fin de la phase d’eau claire, donc avant le développement du phytoplancton au sein de l’écosystème du plan d’eau.
Pour stabiliser les hydrophytes une fois immergées dans l’eau au sein des structures de protection, des moyens d’ancrage racinaire sont prévus dans la structure de protection.
Ces moyens d’ancrage racinaire peuvent prendre différentes formes, mais seront préférentiellement constitués d’une enveloppe enfermant un substrat.
Un substrat préféré selon l’invention est choisi parmi de la terre argileuse (substrat argilo-humique), du sable ou un substrat à base de fibres de noix de coco. Le sol en place en fond de plan d’eau peut également être utilisé.
L’enveloppe du moyen d’ancrage racinaire pourra être choisie dans différents matériaux, notamment des matériaux d’origine naturelle et résistants à l’humidité.
Des moyens d’ancrage adaptés à l’invention sont des boudins de paille de chanvre enveloppés d’une géonatte de fibres de coco ou des tapis de fibres de coco. Un moyen d’ancrage particulièrement préféré est le boudin de paille de chanvre enveloppé d’une géonatte de coco, qui est un support de forme essentiellement cylindrique composé de fibres de coco à mailles nouées, garni de paille de chanvre compressée. Ce matériau a une lente biodégradabilité en milieu humide, ce qui lui confère une durée de vie de 5 à 10 ans, suivant les conditions extérieures.
Ainsi, selon un mode de réalisation préféré, les moyens d’ancrage racinaire consistent en de la terre argileuse combinée à des géonattes de coco garnies de paille de chanvre.
La structure de protection pourra être en différents matériaux tels que le bois, le métal ou le plastique. Selon un mode de réalisation, la structure est en bois, tel qu’en pin ou en châtaignier, et de préférence en pin DOUGLAS (naturellement résistant en milieu humide). Dans ce cas, afin de maintenir la structure à un niveau défini dans la colonne d’eau, il sera possible d’ajouter des moyens dédiés, tels que des bouées.
Selon un autre mode de réalisation, la structure de protection est en plastique. Différents plastiques peuvent convenir, tels que le polyéthylène ou le polyester. De façon particulièrement préférée, le plastique est un plastique recyclé tel que le polyéthylène. Le choix du plastique comme matériau pour fabriquer les structures selon l’invention est intéressant car sa densité et la possibilité d’emprisonner de l’air dans la structure rend celle-ci plus flottable. Sous le poids des moyens d’ancrage racinaire et des plantes, la structure en plastique pourra se maintenir à une hauteur définie de la colonne d’eau sans l’aide de moyens dédiés. Ceci présente également un avantage pour l’aspect visuel du plan d’eau en général.
On entend par « hauteur dans la colonne d’eau », au sens de l’invention, la profondeur à laquelle la structure de protection se situe par rapport à la surface de l’eau. Les hydrophytes contenues dans la structure ont besoin, pour se développer, d’avoir suffisamment de lumière et d’être positionnées assez proche de la surface de l’eau, pour un plan d’eau généralement de faible transparence. Ainsi, la hauteur définie dans la colonne d’eau selon l’invention est une hauteur ou une profondeur qui permet de maintenir les hydrophytes dans une zone optimale pour leur développement, avec suffisamment de lumière. De préférence, la partie supérieure de la structure de protection sera juste en dessous, au même niveau ou juste au-dessus de la surface de l’eau, par exemple de 5 à 20cm en dessous et de 5 à 10cm au-dessus de la surface de l’eau.
Système et méthode de contrôle de l’efflorescence des cyanobactéries metta
n
t en œuvre les structures de protection de plantes hydrophytes
Délimitation de zones de traitement/à traiter
Le système selon l’invention comprenant les structures de protection des hydrophytes peut être installé dans une zone restreinte d’un plan d’eau de grande superficie, par exemple une zone de baignade plus étroite.
Comme illustrée sur la , deux zones de confinement sont installées au niveau du plan d’eau 1. Une première zone 2, appelée zone à traiter, correspond à la zone de baignade et/ou de loisirs, pour laquelle le but est d’y restaurer des conditions sanitaires acceptables pour la baignade et la pratique de loisirs aquatiques. Une deuxième zone 3, distinctement délimitée de la première et appelée zone de traitement, abrite les structures de protection des plantes hydrophytes nécessaires à la lutte contre la surpopulation de cyanobactéries dans la zone de baignade.
Les moyens de délimitation de ces deux zones 2 et 3 peuvent être différents moyens connus de l’art. Des moyens préférés combinent des éléments flottants desquels des moyens de séparation s’étendent vers le fond du plan d’eau. Par exemple, des bouées peuvent être reliées entre elles pour former une ligne contournant la zone à délimiter, ligne sur laquelle est fixée une bâche s’étendant vers le fond du plan d’eau, pour que le volume d’eau contenu dans les zones à traiter et/ou de traitement ne soit pas ou quasiment pas en contact avec le volume d’eau restant du plan d’eau. De préférence, les moyens de délimitation des deux zones 2 et 3 sont des barrages flottants, comprenant des bâches munies de flotteurs, avec des jupes de longueur définie et se terminant par un dispositif de lestage, pour créer un confinement par barrage de type « anti-pollution », particulièrement important autour de la zone de baignade 2. La zone de traitement 3 comprenant les structures de protection peut être localisée à l’intérieur de la zone à traiter 2, ou bien à l’extérieur de cette zone.
En plus des moyens de délimitation d’une ou de plusieurs zones, le système selon l’invention comprend des moyens de maintien des structures de protection à l’intérieur de la zone de traitement 3.
De tels moyens de maintien peuvent être de différentes formes et de différents matériaux. Toutefois, des moyens de maintien préférés selon l’invention permettent de délimiter des bandes à la surface du plan d’eau.
L’eau du bassin circule en boucle entre ces deux zones 2 et 3. Les eaux de la zone à traiter 2 contre les cyanobactéries sont pompées vers la zone de traitement 3, à l’image de la flèche A de la , où elles sont débarrassées, en entier ou en partie, des cyanobactéries, dans le cas où celles-ci se sont développées dans la zone 2. Dans un cas contraire, le passage de l’eau de la zone 2 dans la zone 3 permet de maintenir des conditions défavorables à la croissance des cyanobactéries dans la zone 2.
Les eaux de la zone de traitement 3 alors exemptes ou très faiblement chargées en cyanobactéries sont ensuite restituées dans la zone à traiter 2, comme illustré par la flèche B de la .
Dans la zone dite de traitement 3, l’analyse de la phycocyanine, pigment caractéristique des cyanobactéries, est réalisée en continu sur l’eau évacuée vers la zone à traiter 2. Si la teneur en phycocyanine est trop élevée, par exemple au-dessus d’une valeur seuil, la restitution des eaux vers la zone à traiter 2 est effectuée avec un apport additionnel d’eau potable, jusqu’au retour à une valeur satisfaisante de la phycocyanine, notamment une valeur inférieure à la valeur seuil.
Le système selon l’invention comprenant les structures de protection de plantes hydrophytes peut également être disposé au niveau d’un plan d’eau 10 dans son intégralité, tel que représenté à la . Dès lors, les moyens de délimitation de la zone à traiter sont constitués des berges 12 naturellement présentes autour du plan d’eau 10, et éventuellement aménagées, étant donné que dans une telle configuration, l’ensemble du plan d’eau 10 constitue la zone d’usage à préserver. Dans ce cas, les moyens de délimitation de la zone de traitement 11 restent équivalents aux moyens décrits dans le cas où le système selon l’invention est implanté dans une zone seulement d’un plan d’eau.
Cependant, selon un mode de réalisation particulier, le système selon l’invention disposé au niveau d’un plan d’eau 10 dans son intégralité peut ne pas comprendre la délimitation physique d’une zone de traitement 3. Dans un tel cas, les structures de protection sont simplement installées dans le plan d’eau 10, sans chercher à les disposer dans une zone bien déterminée. La zone de traitement devient donc équivalente à la zone à traiter, qui est elle-même constituée par l’ensemble du plan d’eau.
Selon encore un autre mode de réalisation, le système selon l’invention peut être mis en place dans une zone de traitement externe au plan d’eau. Notamment, cette zone de traitement, qui reste aquatique, peut être localisée sur les berges du plan d’eau, ou dans un quelconque endroit à terre. Il peut par exemple s’agir d’un bassin aménagé pour recevoir la zone de traitement, enterré ou non, qui peut être un bassin en résine, en béton, ou tout autre matériau convenant à la réalisation d’un bassin étanche. L’accès aux structures de protection selon l’invention est alors grandement facilité. L’eau de la zone à traiter pourra être conduite vers la zone de traitement par des moyens connus, tels que des conduits. Une fois traitée dans la zone de traitement extérieure au plan d’eau, l’eau sera reconduite vers la zone à traiter grâce à des moyens connus, tels que des conduits.
Installation des structures de protection dans
une
zone de traitement
Les structures de protection, configurées pour être placées dans une zone de traitement, délimitée ou non au sein du plan d’eau, ou extérieure au plan d’eau, sont à la fois lestées, pour pouvoir couler, et suspendues dans l’eau à l’aide de bouées positionnées à chacun des angles de la structure, pour pouvoir flotter. Une telle configuration permet de maintenir les structures immergées, où seule la partie supérieure du cadre affleure au niveau de la surface de l’eau. Les bouées permettent de retenir les structures et d’encaisser les variations de flottabilité de l’ensemble du dispositif structure/plantes, notamment au niveau des moyens d’ancrage racinaire, dont la densité augmente progressivement après immersion.
Méthode
L’invention concerne également une méthode pour contrôler l’efflorescence des cyanobactéries dans un plan d’eau, comprenant les étapes d’installation d’au moins une structure de protection dans une zone de traitement et d’entretien des structures de protection et des plantes hydrophytes qu’elles contiennent.
Dans le contexte de l’invention, on entend par « contrôle de l’efflorescence » la prévention de la survenue des efflorescences de cyanobactéries, ou encore la réduction des efflorescences de cyanobactéries dans un plan d’eau, ou dans une zone à traiter de ce plan d’eau. La réduction des efflorescences de cyanobactéries peut être estimée par différents moyens connus, comme des moyens directs (comptage cellulaire dans des prélèvements) ou indirects (mesure de la teneur en phycocyanine). La prévention de la survenue des efflorescences est appréciée par l’absence d’efflorescence dans un plan d’eau grâce à la méthode de l’invention, alors que par le passé et pour des conditions similaires, des efflorescences étaient observées. La prévention de la survenue des efflorescences de cyanobactéries permet de garantir aux gestionnaires et aux utilisateurs d’un plan d’eau une eau de qualité convenable et convenant aux activités qu’ils souhaitent y conduire.
Selon un mode de réalisation, l’étape d’entretien des structures de protection porte entre autres sur le maintien de leur stabilité dans le système, par vérification des moyens de maintien des structures à un niveau prédéterminé dans la colonne d’eau, ainsi que par contrôle des bouées et des lests. Un tel entretien comprend également le nettoyage des structures par le retrait des salissures et de l’encrassement, par exemple liés à la présence d’algues, et la réparation des structures si celles-ci sont abîmées.
L’étape d’entretien peut également porter sur les plantes hydrophytes contenues dans les structures. Pour cela, il est par exemple vérifié l’absence d’éléments pouvant perturber leur croissance, notamment les algues filamenteuses ; il est enlevé si nécessaire des plantes envahissantes ou exotiques qui se seraient développées en périphérie ; ou encore il est effectué un complément de végétaux dans le temps. L’entretien des hydrophytes peut comprendre également le retrait des plantes mortes et le remplacement des moyens d’ancrage racinaire.
Plusieurs types d’opérations, en complément de l’implantation du système selon l’invention mettant en œuvre les structures de protection, peuvent être menés à différentes échelles et pour différents compartiments de l’écosystème, pour contrôler l’efflorescence de cyanobactéries, tels que :
- une gestion des sédiments, afin de réduire la quantité de phosphore et d’azote potentiellement relargable dans la masse d’eau du bassin et qui favorise l’eutrophisation et donc potentiellement le développement excessif de cyanobactéries ;
- la remédiation écologique des berges et des cours d’eau en amont du plan d’eau, comme la création de pentes douces avec des successions d’espèces végétales appropriées ;
- l’amélioration de l’hydromorphologie du ou des cours d’eau alimentant en amont le plan d’eau, par des travaux et actions de génie écologique, afin notamment de réduire les apports externes en azote et phosphore ; de réduire les apports par érosion des berges ou des parcelles riveraines ; mais également d’améliorer la qualité physicochimique et biologique des eaux introduites dans les plans d’eau (actions sur la teneur en micro-organismes de type levures, champignons, en mycorhizes, etc.) ; et
- une gestion piscicole du plan d’eau, afin de sélectionner les espèces adaptées à la lutte contre la prolifération excessive d’efflorescences de cyanobactéries.
- une gestion des sédiments, afin de réduire la quantité de phosphore et d’azote potentiellement relargable dans la masse d’eau du bassin et qui favorise l’eutrophisation et donc potentiellement le développement excessif de cyanobactéries ;
- la remédiation écologique des berges et des cours d’eau en amont du plan d’eau, comme la création de pentes douces avec des successions d’espèces végétales appropriées ;
- l’amélioration de l’hydromorphologie du ou des cours d’eau alimentant en amont le plan d’eau, par des travaux et actions de génie écologique, afin notamment de réduire les apports externes en azote et phosphore ; de réduire les apports par érosion des berges ou des parcelles riveraines ; mais également d’améliorer la qualité physicochimique et biologique des eaux introduites dans les plans d’eau (actions sur la teneur en micro-organismes de type levures, champignons, en mycorhizes, etc.) ; et
- une gestion piscicole du plan d’eau, afin de sélectionner les espèces adaptées à la lutte contre la prolifération excessive d’efflorescences de cyanobactéries.
Cette sélection piscicole s’effectue de deux manières :
- par pêche électrique ou au filet dans le plan d’eau ou dans les zones confinées, zone à traiter et zone de traitement ;
- par vidange partielle ou totale du plan d’eau, récupération et sélection des poissons.
- par pêche électrique ou au filet dans le plan d’eau ou dans les zones confinées, zone à traiter et zone de traitement ;
- par vidange partielle ou totale du plan d’eau, récupération et sélection des poissons.
Cette sélection piscicole s’effectue en accord avec les associations de pêche locales et la fédération de pêche.
En particulier, les poissons présents dans la zone à traiter confinée par des barrages flottants, ou dans le plan d’eau dans son intégralité, peuvent avoir un impact sur l’efficacité du système comprenant les structures de protection de végétaux hydrophytes. Ces poissons peuvent agir à différents niveaux, par exemple par broutage et destruction des plantes. Ils peuvent également être responsables de l’augmentation de la concentration en nutriments facilement bio-assimilables dans la colonne d’eau. En effet, les poissons, et en particulier les cyprinidés et les poissons fouisseurs, favorisent l’accélération de la minéralisation de la matière organique et la remise en suspension des sédiments, contribuant ainsi à augmenter les teneurs en nutriments. Dès lors, les poissons, notamment les cyprinidés tels que la carpe, la brème, le gardon et le rotengle, influencent de manière significative la qualité de l’eau dans les étangs et les lacs.
Dans les milieux peu profonds, la prédation par les poissons est le facteur qui contrôle majoritairement l'abondance et la diversité des communautés zooplanctoniques. Or, le zooplancton a la capacité de réguler le peuplement phytoplanctonique. Concernant les cyanobactéries, le zooplancton peut favoriser leur diminution soit directement par prédation, mais limitée à quelques espèces, soit indirectement, en contribuant à maintenir des eaux plus transparentes, correspondant à la "phase d’eau claire". Un milieu faiblement turbide correspond à des conditions dans lesquelles les cyanobactéries perdent une partie de leur avantage compétitif par rapport aux autres végétaux aquatiques. Ainsi, soutenir la phase d’eau claire en augmentant la transparence de l’eau et/ou en prolongeant ce phénomène dans le temps participe à limiter les aptitudes des efflorescences de cyanobactéries à proliférer dans un plan d 'eau.
Cette gestion piscicole est donc mise en place soit à l’échelle du plan d’eau dans son intégralité, soit à l’intérieur de l’enceinte des zones de confinement.
Au sens de l’invention, on entend par gestion des sédiments du plan d’eau les actions en lien aussi bien avec les sédiments grossiers qui se déposent au fond du plan d’eau qu’avec les sédiments plus fins qui demeurent en suspension dans l’eau. La sédimentation contribue à l’envasement des cours d’eau et des lacs, à la prolifération d’algues et de plantes aquatiques par un apport accru en nutriments et modifie la bathymétrie. En outre, les sédiments peuvent affecter la qualité de l’habitat du poisson en colmatant les frayères, en réduisant les sources de nourriture, et en diminuant la quantité d’oxygène dissous. De façon préférée, la gestion des sédiments selon l’invention consiste à en un curage partiel ou total, par exemple au moment de la vidange pour la gestion piscicole, ou encore en la mise en œuvre d’un traitement de type bactérien pour réduire les sédiments. Une telle technique consiste à incorporer dans le milieu aquatique des souches bactériennes spécifiques, sous forme de poudre, qui vont se nourrir des matières organiques en excès. La quantité de sédiments organiques susceptibles de libérer de l’azote et du phosphore sera ainsi réduite, permettant d’exercer une pression supplémentaire sur les cyanobactéries. Une telle réduction des flux de phosphore et d’azote peut également être mise en place au niveau des cours d’eau alimentant le plan d’eau.
Au sens de l’invention, on entend par remédiation écologique des berges des interventions d’une part de génie végétal, basées sur la capacité des plantes à fixer et consolider les berges, et d’autre part de génie écologique, avec un choix d’espèces complémentaires permettant de diversifier au maximum la biodiversité, comme par une succession de plantes aquatiques, semi-aquatiques et terrestres. Les berges peuvent être restaurées en y implantant des espèces végétales qui résistent aux vaguelettes, à l’érosion et aux rongeurs qui creusent des galeries. Il est aussi possible de sécuriser un bassin par une haie végétale. Avantageusement, les végétaux choisis possèdent un développement lent et nécessitent peu d’entretien. La remédiation écologique des berges permet ainsi d’améliorer la filtration des polluants dans l’eau, d’apporter de l’ombre et de recréer un environnement pour la faune, notamment les insectes, dont les libellules, mais également les écrevisses, les crevettes d’eau douce et les poissons. Cette remédiation écologique embellit en outre le paysage. De façon préférée, la remédiation écologique des berges au sens de l’invention comprend la création de pentes douces ; l’installation de plantes aquatiques, semi aquatiques et terrestres ; la création de zones d’ombrage, par exemple grâce à la plantation d’essences à haute tige telles que les châtaigniers, saules, chênes, etc. ; la favorisation de la protection contre l’érosion, par exemple par batillage grâce à des dispositifs de type « fascines de saules » ; et la lutte contre les animaux susceptibles d’endommager les berges, tels que les ragondins.
Une remédiation écologique des cours d’eau en amont du plan d’eau peut également être effectuée, notamment par la mise en place de zones de rejet végétalisées au niveau des exutoires pluviaux se rejetant dans le plan d’eau ou en amont, ou encore par la mise en place de roselières à l’arrivée des cours d’eau dans les plans d’eau.
Au sens de l’invention, on entend par amélioration de l’hydromorphologie du ou des cours d’eau alimentant le plan d’eau des actions préventives ou correctrices visant le traitement des altérations et dysfonctionnements observés sur les cours d’eau alimentant le plan d’eau. De telles actions peuvent notamment correspondre à :
- la remise à ciel ouvert de cours d’eau ;
- la modification de la géométrie des cours d’eau, comme par la réduction ou l’augmentation de la largeur du lit ; l’allongement du tracé et la réduction de la pente pour rendre la morphologie d’un cours d’eau plus sinueuse (reméandrage) ; la reconnexion avec les zones humides périphériques, notamment par le biais d’une recharge granulométrique, qui consiste par exemple à corriger un déficit sédimentaire d’un cours d’eau, ou à reconstituer son matelas fluvial par des matériaux stables et compacts, afin notamment de rehausser le fond du lit du cours d’eau et de diversifier les habitats au profit de la faune et la flore aquatiques ; la diversification du lit mineur, qui consiste à favoriser différentes configurations d’écoulement du lit afin d’avoir une succession de vitesses rapides, dites radiers, et plus lentes, dites plats lentiques, ainsi qu’à disposer de plusieurs types de matériaux, tels que du sable, des graviers, des blocs, favorisant la présence de plusieurs habitats ;
- l’amélioration de l’écoulement de l’eau ;
- la mise en place de dispositifs de franchissement piscicoles pour restaurer la circulation des espèces ;
- ou encore la végétalisation des berges.
- la remise à ciel ouvert de cours d’eau ;
- la modification de la géométrie des cours d’eau, comme par la réduction ou l’augmentation de la largeur du lit ; l’allongement du tracé et la réduction de la pente pour rendre la morphologie d’un cours d’eau plus sinueuse (reméandrage) ; la reconnexion avec les zones humides périphériques, notamment par le biais d’une recharge granulométrique, qui consiste par exemple à corriger un déficit sédimentaire d’un cours d’eau, ou à reconstituer son matelas fluvial par des matériaux stables et compacts, afin notamment de rehausser le fond du lit du cours d’eau et de diversifier les habitats au profit de la faune et la flore aquatiques ; la diversification du lit mineur, qui consiste à favoriser différentes configurations d’écoulement du lit afin d’avoir une succession de vitesses rapides, dites radiers, et plus lentes, dites plats lentiques, ainsi qu’à disposer de plusieurs types de matériaux, tels que du sable, des graviers, des blocs, favorisant la présence de plusieurs habitats ;
- l’amélioration de l’écoulement de l’eau ;
- la mise en place de dispositifs de franchissement piscicoles pour restaurer la circulation des espèces ;
- ou encore la végétalisation des berges.
Les structures de protection décrites selon l’invention conviennent tout particulièrement à une utilisation dans un plan d’eau, notamment au sein d’un système selon l’invention. Ce système comprend également des moyens de maintien de ces structures dans une zone de traitement, distincte ou non du plan d’eau, pour contrôler l’efflorescence de cyanobactéries dans une zone à traiter délimitée de ce plan d’eau, ou bien dans son intégralité. L’utilisation des structures selon l’invention consiste à les immerger dans l’eau avec les plantes hydrophytes qu’elles contiennent afin de contrôler les efflorescences de cyanobactéries.
Exemple d’un mode de réalisation
1-Sélection des espèces hydrophytes pour contrôler l’efflorescence de
s
cyanobactéries
Les plantes hydrophytes qui ont été utilisées dans les structures de protection selon l’invention, et notamment les espèces intéressantes pour leurs propriétés allélopathiquesMyriophyllum spicatumetCeratophyllum demersum, ont été fournies par la « Pépinière du Penthièvre », basée à proximité de Lamballe, dans les Côtes d’Armor, en Bretagne, ce qui a conféré des garanties de traçabilité. Cette pépinière ne produit aucune plante exotique envahissante, ce qui a permis avantageusement de réduire les risques de propagation d’espèces invasives non désirées. La mise en culture des boutures des plantes hydrophytes sélectionnées a donc été effectuée au sein des installations de la Pépinière du Penthièvre. Les plants d’hydrophytes ont été récupérés auprès de la pépinière moins de 36h avant leur phase d’implantation dans les structures de protection.
Les plants ont été enracinés dans un substrat argilo-organique, dans des godets en plastique de 9cm3. Les plants ont été répartis aléatoirement dans quinze godets, avec une moyenne de 4,10 plants par godet et un écart-type de 1,96.
2-Conception des structures de protection aptes à recevoir les hydrophytes
La structure de protection utilisée pour la mise en œuvre de la méthode de lutte contre la prolifération excessive de cyanobactéries selon l’invention est illustrée sur la . Une telle structure 20 présente une forme parallélépipédique et a été construite à partir de cadres en bois de type pin Douglas. L’ossature de la structure 20 présente une longueur d’environ 2m, une largeur d’environ 1m et une hauteur d’environ 1m. En particulier, les barres 21 qui ont été positionnées à l’horizontal dans la structure 20 présentent une longueur de 1920mm, une largeur de 40mm et une épaisseur de 40mm ; et les barres 22 qui ont été positionnées à la verticale présentent une longueur de 1000mm, une largeur de 40mm et une épaisseur de 40mm également. La structure de protection 20 comprend également des barres 23, par exemple au nombre de trois, qui ont été placées perpendiculairement entre les deux barres horizontales 21 composant sa partie inférieure, tous les 500mm sur toute la longueur. Ces barres 23 ont permis de former un support solide et adéquat pour soutenir les boudins de chanvre enveloppés de géonatte de fibres de coco végétalisés avec les hydrophytes.
La présente l’ossature d’une structure de protection 200 qui a été entièrement protégée par deux matériaux distincts. Le fond et les côtés de la structure 200 ont été habillés d’un matériau comprenant des ouvertures, correspondant à un grillage plastique résistant 201, tel qu’utilisé en ostréiculture, de maille carrée de 1,5cm. La partie supérieure de la structure 200, quant à elle, a été recouverte d’un filet de protection souple 202, de type filet de pêche, adapté à la dimension de l’ossature.
3-Mise en place des hydrophytes au sein des structures de protection
L’apport d’un substrat de culture additionnel au sein de la structure de protection a été nécessaire au développement du système racinaire des plants d’hydrophytes au-delà du substrat d’origine dans lequel les plants ont été initialement enracinés. Ce substrat de culture additionnel était sous forme d’un boudin de paille de chanvre 211 enveloppé d’une géonatte de fibres de coco, composée de fibres de coco à mailles nouées, tel que représenté à la . Le nouage a rendu les mailles du filet indéformables et a permis de conserver leur structure en losange, et ce, même en cas d'étirement des fibres. Ces boudins 211 ont été positionnés au fond des structures de protection 210 selon l’invention et présentaient un diamètre de 30cm et une longueur de 1,8m.
Les plants d’hydrophytes ont été implantés dans les boudins 211 de manière à obtenir une densité d’environ 20 plants/m2. Puis, les fibres de coco ont été soigneusement refermées autour des tiges des végétaux pour éviter la dispersion du substrat argilo-organique dans le milieu aquatique. Les boudins 211 végétalisés ont alors été fixés au fond des structures de protection 210 par laçage, à raison de trois boudins 211 par structure.
Les expérimentations ont été réalisées en positionnant les structures de protection selon l’invention à environ 80cm de profondeur par rapport à la surface de l’eau.
4-Délimitation de zones de traitement/à traiter au sein d
’un
plan d’eau
Les expérimentations ont été conduites dans un étang régulièrement affecté par la présence excessive de cyanobactéries. Des moyens de délimitation (barrages) ont été installés au niveau de ce plan d’eau, pour délimiter une zone de traitement comprenant les structures de protection, et également une zone à traiter correspondant à une zone de baignade.
Ces barrages de confinement ont été divisés en tronçons, chaque tronçon étant composé d’une succession de cylindres de mousse souples à cellules fermées, conférant ainsi aux barrages une grande souplesse. Ces barrages épousaient parfaitement les mouvements à la surface de l’eau, sans se coucher en cas de houle et de vent. Les flotteurs des barrages, correspondant à des tirants d’air, présentaient un diamètre de 250mm. La partie immergée des barrages, correspondant quant à elle à des tirants d’eau, était constituée d’une jupe en PVC, cousue sous les tronçons de cylindres de mousse. La hauteur de la jupe a été adaptée en fonction de la hauteur d’eau dans lequel les barrages ont été installés. Les corps des jupes étaient reliés entre eux par laçage pour former des rideaux. En partie basse, ces rideaux étaient munis d’une chaîne de lest en acier galvanisé, enfermée dans un fourreau de tissu polyester enduit de PVC.
Les barrages ont été ancrés à la berge à l’aide de fer à béton. Les ancrages des angles des barrages ont été réalisés à l’aide de mouillages, constitués de trois à quatre parpaings pleins de 30kg, qui étaient reliés les uns aux autres par une chaîne dont l’extrémité était fixée en surface à une bouée de 71 litres.
5-Installation des structures de protection dans la zone de traitement du plan d’eau
La mise en place effective des structures de protection selon l’invention est illustrée à la . Les structures de protection 31 des plantes hydrophytes ont présenté une bonne flottabilité. Les structures ont été acheminées dans la zone de traitement 30, délimitée dans le plan d’eau par des barrages sur trois côtés et par la berge sur le côté restant, puis ont été mises à l’eau à l’aide d’une embarcation légère. Elles ont été arrimées entre deux filières 33 espacées d’un ou deux mètres, correspondant soit à la largeur, soit à la longueur des structures 31. Les filières 33 ont été positionnées à l’avance selon un plan d’implantation préalablement défini. Elles étaient ancrées à chaque extrémité de la zone de traitement par deux parpaings pleins de 30kg, chacun ayant été relié à des bouées. Sur la est représentée l’implantation du système comprenant les structures de protection 303 selon l’invention au sein d’une zone de traitement 301 dans le plan d’eau 300. A l’instar de la représentation de la , un ensemble de structures 303, comprenant des bouées de flottage 304, était maintenu entre deux filières 305, fixées de chaque côté de la zone de traitement 301, au niveau du barrage de délimitation de cette zone.
Après avoir placé les structures comprenant les plantes hydrophytes dans la zone de traitement du plan d’eau, la transparence, le pH, la concentration en phycocyanine et la concentration en cyanobactéries dans l’eau ont été mesurés. Ces paramètres permettent d’évaluer la présence et le développement de cyanobactéries. Ils ont été suivis sur une période de cinq mois, depuis l’installation du système en mai 2019, jusqu’à la fin de la période végétative en octobre 2019.
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-Résultats
Les données et graphes présentés ci-après comparent les valeurs mesurées dans l’eau pour les paramètres mentionnés ci-avant dans et en dehors de la zone de traitement.
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.1-Transparence de l’eau
Le graphe de la présente l’évolution de la transparence de l’eau mesurée au disque de Secchi.
Les valeurs de transparence de l’eau à l’intérieur de la zone de traitement (courbea) relevées tout au long des cinq mois d’expérimentation ont oscillé entre 0,87m et 1,47m, ce qui est proche de la valeur guide de transparence pour les eaux de loisirs nautiques (courbe α), déterminée par le Système d’Évaluation de la Qualité de l’eau (SEQ), qui est de 1m. Par ailleurs, à partir du 20 août 2019, la transparence dans la zone de traitement a varié de façon proportionnelle à la profondeur du plan d’eau, qui a commencé à marner à partir du mois de juillet.
A l’extérieur de la zone de traitement, les valeurs de transparence (courbeb) étaient toujours inférieures à 1m, pouvant atteindre une valeur de 0,31m. Cela traduit une moins bonne transparence pour le reste de l’étang, ces valeurs étant relativement éloignées de la valeur guide du SEQ.
Ces résultats montrent que l’eau dans la zone de traitement, comprenant les plantes hydrophytes, était toujours plus transparente que l’eau en dehors de cette zone. Le procédé de contrôle du développement des cyanobactéries selon l’invention est donc efficace pour maintenir une bonne transparence de l’eau.
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.2-pH de l’eau
Le graphe de la illustre l’évolution du pH de l’eau à l’intérieur de la zone de traitement en fonction du temps (courbes c et d), en comparaison avec le pH de l’eau hors de cette zone (courbes e et f). Il est clairement mis en évidence sur ce graphe que le pH dans la zone de traitement a toujours été plus faible que le pH mesuré en dehors de cette zone.
Les valeurs de pH qui ont été relevées dans la zone de traitement durant quatre mois, de mi-mai à mi-septembre, étaient proches de la valeur guide déterminée par le SEQ, qui est de 8 (courbe β). Les valeurs maximales de pH dans la zone de traitement (courbec) étaient comprises entre 7,66 à 8,67, et les valeurs minimales (courbed) entre 7,32 à 8,13. La valeur guide était donc essentiellement comprise au centre des gammes de pH de l’eau de la zone de traitement.
Les valeurs de pH mesurées dans l’eau en dehors de la zone de traitement étaient plus élevées et éloignées de la valeur guide du SEQ. Les valeurs maximales de pH hors de la zone de traitement (courbee) étaient comprises entre 8,18 à 9,53, et les valeurs minimales (courbef) entre 7,71 à 9,3. La valeur guide n’était ainsi quasiment jamais comprise dans ces gammes.
De façon générale, le pH dans le plan d’eau était quasiment systématiquement supérieur à la valeur guide pour les plans d’eau de loisir.
Ces résultats mettent en évidence l’efficacité du procédé de contrôle du développement des cyanobactéries, les structures de protection comprenant les plantes hydrophytes ayant contribué à maintenir le pH de l’eau de la zone dans laquelle elles ont été placées proche de la valeur guide déterminée par le SEQ.
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.3-Concentration en phycocyanine de l’eau
Le graphe de la représente l’évolution de la concentration en phycocyanine de l’eau à l’intérieur de la zone de traitement en fonction du temps, en comparaison avec une telle concentration pour l’eau hors de cette zone.
Les valeurs de taux de phycocyanine dans l’eau de la zone de traitement (courbeg) ont été relevées sur une période de trois mois et demi, de mi-mai à début septembre. La concentration en phycocyanine maximale a été relevée au début de l’expérimentation et était d’environ 5700 cellules.mL-1. Ensuite, cette concentration a chuté à environ 1700 cellules.mL-1, pour osciller par la suite entre environ 1200 et 3400 cellules.mL- 1.
L’analyse du taux de phycocyanine en dehors de la zone de traitement (courbeh) a, quant à elle, révélé que la concentration en phycocyanine mesurée au début de l’expérimentation, d’environ 2200 cellules.mL-1, correspondait à la concentration minimale en phycocyanine. Cette concentration n’a ensuite fait qu’augmenter durant l’expérimentation, oscillant entre environ 3500 et 8000 cellules.mL-1.
Une forte concentration en phycocyanine dans la colonne d’eau témoigne en général de la présence de grosses cellules de cyanobactéries, plus susceptibles de produire des toxines.
La concentration en phycocyanine était globalement toujours plus faible dans la zone de traitement qu’en dehors de cette zone.
Ainsi, la présence des structures de protection comprenant les plantes hydrophytes a contribué à maintenir la concentration en phycocyanine dans l’eau inférieure à la concentration en phycocyanine de l’eau du reste du plan d’eau. Ces résultats démontrent encore l’efficacité du procédé de contrôle du développement des cyanobactéries.
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.4-Concentration en cyanobactéries de l’eau
La est un graphe qui illustre l’évolution de la concentration mesurée en cyanobactéries de l’eau à l’intérieur de la zone de traitement (courbes i et j) et en dehors de cette zone (courbes k et l), en fonction du temps. La courbe i correspond aux mesures faites en un point de prélèvement dans la zone de traitement, et la courbe j correspond à la moyenne de mesures réalisées en trois points différents de prélèvement dans la zone de traitement. De manière correspondante, La courbe k correspond aux mesures faites en un point de prélèvement hors de la zone de traitement, et la courbe l correspond à la moyenne de mesures réalisées en différents points de prélèvement hors de la zone de traitement. Ce graphe rapporte également à titre indicatif la valeur du seuil ARS (courbe γ).
Les mesures réalisées dans la zone de traitement se superposent en partie, ce qui démontre une bonne homogénéité des paramètres dans cette zone. Les mesures réalisées en un point de prélèvement couvrent une période de deux mois, de début juillet à début septembre. Les valeurs mesurées étaient relativement constantes et comprises entre 2 400 et environ 53 700 cellules.mL-1d’eau. Elles ne dépassaient pas la valeur guide établie par l’ARS (100 000 cellules.mL-1d’eau). Les valeurs moyennes des mesures faites en trois points couvrent, quant à elles, une période allant jusqu’à mi-septembre. Après une période relativement constante, un pic à 146 400 cellules.mL-1d’eau est enregistré vers la fin septembre.
En dehors de la zone de traitement, les valeurs mesurées dépassaient quasiment toujours la valeur guide de l’ARS. La concentration en cyanobactéries mesurée de début juillet à début septembre en un point du plan d’eau était comprise entre environ 39 000 et environ 408 000 cellules.mL-1d’eau, avec un pic jusqu’à 1 364 000 cellules.mL-1d’eau vers la fin septembre.
La concentration en cyanobactéries était donc plus faible dans la zone de traitement par rapport à la zone non traitée. Alors que le seuil d’alerte ARS d’interdiction de la baignade était quasiment systématiquement dépassé dans le plan d’eau en dehors de la zone de traitement, il était généralement respecté à l’intérieur de celle-ci.
Ces résultats démontrent encore l’efficacité du procédé de contrôle du développement des cyanobactéries.
L’ensemble de ces résultats démontrent que les structures de protection et les méthodes selon l’invention permettent de lutter efficacement contre les efflorescences de cyanobactéries.
Claims (18)
- Structure de protection (200, 303) de plantes hydrophytes partiellement ou totalement recouverte d’au moins un matériau comprenant des ouvertures (201), caractérisée en ce qu’elle est apte à se maintenir à une hauteur définie dans la colonne d’eau, et en ce qu’elle contient au moins un moyen d’ancrage racinaire (211) et des plantes hydrophytes.
- Structure de protection (200, 303) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle est en bois et en ce qu’elle comprend en outre des moyens permettant à la structure de se maintenir à une certaine hauteur dans la colonne d’eau, comme par exemple des bouées (304).
- Structure de protection (200, 303) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle est en plastique, notamment en plastique recyclé.
- Structure de protection (200, 303) selon l’une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisée en ce que lesdites plantes hydrophytes appartiennent à au moins une espèce végétale de macrophytes immergées, choisie parmiMyriophyllum spicatum,Ceratophyllum demersum , Elodea canadensis , Elodea nuttallii , Najas marinasubsp.intermedia , Myriophyllum verticillatum , Stratiotes aloides , Chara aspera , Chara globularis , Chara tomentosa , Chara contraria , Potamogeton lucens , Potamogeton crispus ,ou encoreStuckenia pectinata, en particulier parmi les espècesMyriophyllum spicatumetCeratophyllum demersum.
- Système de contrôle de l’efflorescence des cyanobactéries dans un plan d’eau (300) comprenant :
- au moins une structure (200, 303) selon l’une quelconque des revendication 1 à 4 ;
- des moyens de maintien (304) de l’au moins une structure (200, 303) dans une zone de traitement. - Système selon la revendication 5, dans lequel ladite zone de traitement correspond audit plan d’eau (300) dans son intégralité.
- Système selon la revendication 5, dans lequel ladite zone de traitement correspond à une zone restreinte (301) à l’intérieur dudit plan d’eau (300), isolée par un moyen de délimitation.
- Système selon la revendication 5, dans lequel ladite zone de traitement correspond à une zone extérieure audit plan d’eau (300), telle qu’un bassin aménagé sur les berges (302).
- Système selon la revendication 7 ou 8, comprenant en outre au moins un moyen de délimitation d’une zone à traiter (2), distinct dudit moyen de délimitation de ladite zone de traitement (3).
- Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen de délimitation peut être des bâches munies de flotteurs, avec des jupes de longueur définie.
- Système selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens aptes à conduire (B, A’) de l'eau de la zone à traiter (2, 10) vers la zone de traitement (3, 11), puis à évacuer (A, B’) l'eau de ladite zone de traitement (3, 11) vers ladite zone à traiter (2, 10).
- Méthode pour contrôler l’efflorescence des cyanobactéries dans un plan d’eau (300) comprenant les étapes suivantes :
- installation d’au moins une structure (200, 303) selon l’une quelconque des revendication 1 à 4 dans une zone de traitement ;
- entretien de l’au moins une structure (200, 303) et des plantes hydrophytes qu’elle contient. - Méthode selon la revendication 12 comprenant une étape supplémentaire de sélection piscicole dans une zone à traiter.
- Méthode selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite étape de sélection piscicole consiste en la réduction, voire la suppression, des populations de poissons qui sont présentes dans la zone à traiter et i) qui favorisent la remise en suspension des sédiments ; et/ou ii) qui consomment le zooplancton.
- Méthode selon l’une quelconque des revendication 12 à 14, caractérisée en ce qu’elle comprend les étapes supplémentaires selon lesquelles :
- les eaux provenant de la zone à traiter sont conduites vers la zone de traitement comprenant au moins une structure de protection (200, 303) des plantes hydrophytes ;
- les eaux traitées dans ladite zone de traitement sont conduites vers ladite zone à traiter. - Méthode selon l’une quelconque des revendication 12 à 15 comprenant les étapes supplémentaires selon lesquelles :
- la teneur en phycocyanine de l’eau sortant de la zone de traitement est mesurée ;
- de l’eau potable est conduite dans la zone à traiter si ladite teneur en phycocyanine est trop élevée, c’est-à-dire au-delà d’une valeur définie, et ce jusqu’à ce que la teneur en phycocyanine de l’eau sortant de ladite zone de traitement soit inférieure à ladite valeur définie. - Méthode selon l’une quelconque des revendication 12 à 16 comprenant les étapes supplémentaires suivantes :
- gestion des sédiments du plan d’eau (300);
- remédiation écologique des berges (302) et cours d’eau en amont du plan d’eau (300);
- amélioration de l’hydromorphologie du ou des cours d’eau alimentant le plan d’eau (300). - Utilisation d’au moins une structure de protection (200, 303) selon l’une quelconque des revendication 1 à 4, ou d’un système selon l’une quelconque des revendication 5 à 11, pour contrôler l’efflorescence de cyanobactéries dans une zone délimitée (2) d’un plan d’eau (300), ou dans un plan d’eau dans son intégralité (300).
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