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Macrophyte est un terme générique pour désigner tous les végétaux aquatiques visibles à l'œil nu, que ce soit des phanérogames (plantes à fleur), des bryophytes (mousses), des rhodophytes (algues rouges), des chlorophytes (algues vertes) ou des phaeophytes (algues brunes).

De nombreux macrophytes tendent à régresser du fait de la dégradation de la qualité écologique des écosystèmes aquatiques (pollution de l'eau, réchauffement, acidification des pluies, eutrophisation, invasion biologique, modification du régime hydrologique). Les lacs[1] et les zones humides sont particulièrement concernés.

Certaines espèces sont utilisées comme plante décorative des berges et pour l'épuration de l'eau dans les lagunages naturel[2],[3], les zones de rejets végétalisés[4] et les zones tampons humides artificielles[5].

Sommaire

Types de plantes aquatiques macrophytesModifier

Rôles et fonctions dans l’écosystème aquatiqueModifier

Les macrophytes font partie d’un écosystème complexe avec d’autres organismes comme les invertébrés benthiques (vers, mollusques, crustacés, insectes, etc.), les champignons aquatiques, les poissons et les oiseaux d’eau. En tant que producteur primaires de matières organiques, ils sont à la base des fonctionnements écologiques des milieux aquatiques. Créée par l'intermédiaire de la photosynthèse, la biomasse produite a deux devenirs principaux : une part est consommée "en vert" par des animaux herbivores, une autre sous forme de matière organique morte par des recycleurs[6]. Les macrophytes peuvent également servir d’habitats, de lieux de refuge et de reproduction. Les herbiers subaquatiques sont souvent des zones importantes pour les alevins et juvéniles (zones riches en plancton ayant valeur de nourriceries, mais aussi riches en cachettes diminuant le risque de prédation pour ceux-ci[7]). Les masses végétales de ces herbiers peuvent réduire les effets mécaniques des mouvements d'eau et donc limiter les phénomènes d'érosions des berges[6]. De plus, comme toutes les plantes vertes, les macrophytes produisent de l’oxygène par photosynthèse et contribuent à épurer le milieu. Cependant, selon les types biologiques et leur densité, on peut parfois observer des phénomènes de sursaturation en oxygène photosynthétique dépassant 200% en fin de journée. A l'inverse, la respiration nocturne peut conduire à des sous-saturation notables en fin de nuit[6]. Cette variation journalière d'oxygène est liée à une variation de pH qui peut atteindre deux unités, avec des impacts négatifs sur certaines espèces de poissons.

Aux échelles de l'écologie du paysage, les macrophytes interfèrent avec l'eau (son flux, sa qualité, sa quantité..)[8]. Ils jouent un rôle important près des écotones souvent mouvants dans l'espace et le temps que sont les berges naturelles et à faible profondeur (où la lumière du soleil pénètre mieux l'eau), ainsi qu'en mer et dans les estuaires[9].

La productivité des macrophytes semble souvent élevée, mais ces macrophytes interagissent parfois négativement avec d'autres organismes photosynthétiques, notamment avec le phyto-périphyton[10]. Dans le marais des Everglades en Floride on a ainsi montré que sous le couvert des macrophytes typiques des zones eutrophes et moins eutrophes, le rayonnement solaire utilisable par le périphyton photosynthétique a été réduit de 35 % sous les Cladium mariscus mais de 85 % ou plus dans la roselière dense à typhas (Typha domingensis). L'activité photosynthétiques des cyanobactéries périphytiques étaient réduits (de 70 % environ) dans les tapis herbacés (de cladium) par rapport aux taux mesurés dans les habitats aquatiques "ouverts" du même marais, et la productivité des communautés périphytiques des roselières était réduite de 80 ± 8 % par rapport à celle de ces mêmes communautés en milieu plus ouvert[10]. Ceci semble avoir des conséquences sur la capacité à minéraliser le phosphore (P) et l'azote (N) : les concentrations de P (inorganique et organique) sont très réduites dans l'eau des habitats à haute photosynthèse périphytique, alors que les taux d'azote (inorganique et organique) étaient plus bas dans les habitats eutrophes de la roselière à typha. Ces deux dernières observations pourraient selon leurs auteurs être liées à la concurrence pour la lumière entre le périphyton et la roselière (suppression de la photosynthèse périphytique par l'ombrage créé par les macrophytes)[10]. Dans les zones eutrophes de cette même région, le périphyton peut former un épais « matelas flottant » qui forme un tapis dense au sol lors des périodes de sécheresse. Ce tapis empêche toutes les graines des macrophytes d'atteindre le sol et d'y germer, hormis celles de deux espèces qui peuvent le pénétrer et germer (Cladium jamaicense et Eleocharis)[11] en excluant d'autres espèces, dont l'herbacée Muhlenbergia filipes.

Les macrophytes sont limités principalement, dans la nature, par l'herbivorie de nombreux vertébrés et invertébrés « brouteurs »[12], et notamment en zone nordique par les élans et orignaux qui sont capables de les consommer tête sous l'eau. Certaines espèces semblent avoir une certaine capacité de défense contre les brouteurs par la synthèse de composés phénoliques qui selon D.M. Lodge (1991) se montrent plus efficaces que les alcaloïdes qu'ils produisent également[12].

BioindicationModifier

Article détaillé : Indice macrophytes.
 
Inventaire des communautés de macrophytes à Lacanau en Gironde

La présence, la prolifération ou au contraire la disparition d’espèces de macrophytes peuvent indiquer le dysfonctionnement de l'écosystème où elles se trouvent. L'étude de leurs communautés peut servir de base pour évaluer un niveau trophique global, incluant les caractéristiques de l’eau (nutriments, température), mais aussi la morphologie de leur biotope (éclairement, nature et dynamique des substrats, hydrologie)[13].

A Bordeaux, une équipe scientifique d'Irstea s'est spécialisée dans le développement d'outils contribuant à définir l’état de référence des milieux aquatiques et leur bon état écologique. Parmi ces outils figure l’Indice biologique macrophytique en rivière (IBMR) qui a été développé au début des années 2000. Aujourd'hui, l’indice a été adapté afin de correspondre aux critères d’évaluation de la Directive cadre européenne sur l'eau. Il a, par ailleurs, été adopté par 8 autres états européens dans un enjeu d’harmonisation des méthodes[14]. Un outil similaire a été développé pour les lacs et les plans d'eau (IBML)[13].

Les principales espèces de macrophytesModifier

Gestion des peuplements de macrophytesModifier

Les macrophytes sont souvent perçus comme une gêne pour les baigneurs et les navigateurs. Afin de limiter leur développement, ils sont localement fauchés mécaniquement (faucardage) ou arrachés manuellement. Ces pratiques sont peu efficaces et peuvent même s’avérer contre-productives. En effet, une dissémination involontaire de fragments de certaines plantes peut favoriser leur propagation. Il est donc proposé d’améliorer et d’harmoniser les pratiques de faucardage en se limitant aux espèces qui s’y prêtent et à certaines zones comme les ports publics, leur chenal d’accès, ainsi que les zones de baignade. Ailleurs, les herbiers ne devraient pas être touchés dans le but de maintenir l’équilibre et la diversité écologiques de la zone littorale.

 
Colonisation végétale d'un étang par la jussie à grandes fleurs (Ludwigia grandiflora)

Parmi les espèces les plus problématiques, on peut citer les plantes exotiques envahissantes qui causent de nombreuses nuisances tant pour les usages humains des milieux aquatiques (navigation, pêche, tourisme estival, risques d'inondations automnales...) que pour le fonctionnement écologique des sites impactés (réduction des écoulements, désoxygénation des eaux, impacts négatifs sur la faune et la flore indigènes). C'est le cas des jussies (Ludwigia spp.), des Onagracées originaires d'Amérique tropicale. Introduites en Europe au début du 19ème siècle à des fins ornementales, elles ont peu a peu colonisées les milieux aquatiques : plans d'eau, cours d'eau plutôt lents, marais doux ou saumâtres, annexes hydrauliques, prairies inondables, etc. Ainsi par exemple dans le marais poitevin, de 1991 à 1998, le linéaire de rives colonisées sur la Sèvre niortaise est passé de quelques centaines de mètres à 600 km. Des plans de gestion très strictes ont été mis en place par les acteurs locaux en partenariat avec des scientifiques d'Irstea (ex-Cemagref) sur plus de 700 km de rives en zones de marais mouillés[15].

Macrophytes et épuration des eauxModifier

Au début des années 1950, des travaux expérimentaux menés par K. Siedel à l'institut Max Planck en Allemagne ont montré l'intérêt des macrophytes pour l'épuration des effluents domestiques. Leurs travaux ont abouti au début des années 1980 à la première station d'épuration française utilisant des roseaux plantés. Au cours des trois dernières décennies, en France, c'est toute une filière d'épuration des eaux usées basées sur les filtres plantes de roseaux[16] (FPR) qui s'est mise en place. Dans d'autres parties du monde, d'autres espèces sont mobilisées. Un inventaire[17] réalisée en 2013 a répertorié près de 150 espèces. Par ordre décroissant, les plantes les plus utilisées sont du genre Typha (massettes), Scirpus (scirpes), Phragmites (roseaux), Juncus (joncs) et Eleocharis (éléocharis). De nombreux sites abritent des mélanges variés d'espèces. Les effluents que doivent traiter ces marais artificiels sont divers : eaux usées domestiques ou industrielles, rejets agricoles diffus, rejets miniers, etc.

Plus récemment en 2012, des zones de rejets végétalisés (ou ZRV) ont été installées à l'aval immédiat des stations d'épuration. On en dénombre plus de 500 en France. Leur objectif est de réduire la quantité d’eau provenant de la station (par infiltration dans le sol) et améliorer sa qualité, avant son rejet dans le milieu naturel. Pour évaluer leur efficacité, un site expérimental a été construit en 2014. Ce dispositif instrumenté est hébergé dans la biostation de la commune Bègle en Gironde[18]. Quant au projet[4] de suivi des ZRV porté par l'AFB et Irstea, il doit livrer ses premiers résultats en 2019.

Les macrophytes sont également mobilisées dans les zones tampons humides artificielle (ZTHA) pour épurer les eaux agricoles issues des parcelles drainées. Dans ce type de zones humides, les plantes aquatiques et les bactéries participent à la dégradation des nutriments azotés et des produits phytosanitaires présents dans les eaux de drainage (diminution de 50% des taux de pesticides et de nitrates)[5]. Autres avantages de ces techniques basées sur du génie végétal, l’aspect esthétique qui est amélioré par la présence des macrophytes.

 
Exemple d'ouvrage de génie végétal utilisant des macrophytes pour épurer les eaux agricoles collectées dans des parcelles drainées (mare expérimentale de Rampillon en Seine et Marne)

Enfin, plusieurs travaux ont démontré le rôle des macrophytes sur l'accumulation des métaux lourds présents par exemple dans les effluents industriels (baryum, cadmium, chrome, cobalt, cuivre, fer, manganèse, mercure, nickel, plomb, titane et zinc) . Parmi les plantes flottantes les plus intéressantes, on peut citer la fougère asiatique (Azolla pinnata), la jacinthe d'eau (Eichhornia crassipes), les lentilles d'eau cosmopolites (Lemna minor et Spirodela polyrhiza), la laitue d'eau tropicale (Pistia stratiotes), et la salvinie sud-américaine (Savinia herzogii). A cette liste s'ajoutent des plantes émergées comme le roseau hélophyte (Typha latifolia) , le cornifle (Ceratophyllum demerson) et les potamots (Potamogeton crispus et Potamogeton pectinatus). Néanmoins, la plupart des ces macrophytes sont exotiques et peuvent présenter un caractère invasif à proximité des écosystèmes aquatiques européens[19].

Notes et référencesModifier

  1. Rasmussen, P., & John Anderson, N. (2005). Natural and anthropogenic forcing of aquatic macrophyte development in a shallow Danish lake during the last 7000 years. Journal of Biogeography, 32(11), 1993-2005.
  2. Brix, H. (1997). Do macrophytes play a role in constructed treatment wetlands ? . Water science and technology, 35(5), 11-17
  3. Brix, H. (1994). Functions of macrophytes in constructed wetlands. Water Science and Technology, 29(4), 71-78.
  4. a et b « BIOTRYTIS », sur Les zones de rejets végétalisés, (consulté le 19 décembre 2018)
  5. a et b J. Tournebize et al., « Les zones tampons humides artificielles : pour quoi et pour qui ? », INGENIEUR BIOLOGIE / GENIE BIOLOGIQUE,‎ , p. 47-53 (lire en ligne)
  6. a b et c A; Dutartre et al., « Les macrophytes, partenaires ou concurrents? », Sciences Eaux & Territoires, no 15,‎ , p. 5 p (lire en ligne)
  7. Grenouillet, G., Pont, D., & Olivier, J. M. (2000). Habitat occupancy patterns of juvenile fishes in a large lowland river: interactions with macrophytes. Archiv für Hydrobiologie, 149(2), 307-326.(résumé)
  8. Madsen, J. D., Chambers, P. A., James, W. F., Koch, E. W., & Westlake, D. F. (2001). The interaction between water movement, sediment dynamics and submersed macrophytes. Hydrobiologia, 444(1-3), 71-84.
  9. Sand-Jensen, K., & Borum, J. (1991). Interactions among phytoplankton, periphyton, and macrophytes in temperate freshwaters and estuaries. Aquatic Botany, 41(1), 137-175 (résumé).
  10. a b et c Grimshaw, H. J., Wetzel, R. G., Brandenburg, M., Segerblom, K., Wenkert, L. J., Marsh, G. A., ... & Carraher, C. (1997). Shading of periphyton communities by wetland emergent macrophytes: decoupling of algal photosynthesis from microbial nutrient retention. Archiv für Hydrobiologie, 139(1), 17-27. Notice Inist-CNRS/résumé
  11. Sawgrass & Spike Rush, Atlss.org, consulté 2015-05-31
  12. a et b Lodge, D. M. (1991). Herbivory on freshwater macrophytes. Aquatic Botany, 41(1), 195-224 (résumé)
  13. a et b C. Chauvin et al., « Des méthodes basées sur les peuplements de macrophytes pour évaluer l’état écologique des milieux aquatiques », Sciences, Eaux & Territoires,‎ , p. 54-59 (lire en ligne)
  14. « La qualité des masses d'eau révélée par les bioindicateurs », sur Irstea, (consulté le 18 décembre 2018)
  15. N. Pipet, « Gestion des jussies dans le marais poitevin », Sciences, Eaux & Territoires,‎ , p. 22-26 (lire en ligne)
  16. « Les filtres plantés de roseaux », sur Irstea, (consulté le 19 décembre 2018)
  17. J. Vymazal et al., « Plants in constructed, restored ans created wetlands », Ecological Engineering,‎ , p. 501-504 (lire en ligne)
  18. « Epuration des eaux, inauguration d'une biostation expérimentale inédite », sur Irstea, (consulté le 19 décembre 2018)
  19. A. Guittony-Philippe et al., « Potentiels d’utilisation des macrophytes pour réduire l’impact des industries sur les milieux aquatiques européens », Sciences, Eaux & Territoires,‎ , p. 74-77 (lire en ligne)

Voir aussiModifier

Articles connexesModifier

BibliographieModifier