Biofilm et végétation

La production primaire dans les cours d’eau joue un rôle crucial sur la qualité et le fonctionnement écologique des hydroécosystèmes. Elle impacte également leur débitance, paramètre important dans la problématique des inondations notamment. Deux acteurs principaux de la production primaire ont été étudiés, le biofilm d’une part et la végétation d’autre part.

Le biofilm épilithique (c’est-à-dire recouvrant les pierres sur le fond des rivières) a été étudié en laboratoire à l’IMFT en collaboration avec EcoLab. Par une analyse conjointe de simulations numériques directes sur un fond d’hémisphères réalisées dans le cadre d’une thèse et d’expériences de croissance à l’IMFT, il a pu être démontré comment la dynamique de colonisation était contrôlée par la couche limite au voisinage des hémisphères : le biofilm se développe autour des points d’arrêt de l’écoulement dans la sous-couche de rugosité des hémisphères (Coundoul et al., River Research and Applications, 2014). La structure de cette couche limite au voisinage des points d’arrêt conserve une dépendance en Reynolds, contrairement à la couche limite forcée par les hémisphères, qui est en régime hydrauliquement rugueux.

En ce qui concerne l’impact de la végétation sur la débitance, nous avons d’abord caractérisé en canal d’irrigation l’évolution de la débitance en fonction de la croissance de végétation. Cette croissance entraîne une incapacité à fournir l’eau aux irrigants et biaise l’estimation du débit, ce qui conduit à des prélèvements excessifs sur la ressource en eau effectivement disponible. A partir de mesure fine de la vitesse, nous avons identifié un modèle de croissance en fonction du temps qui permet de prévoir la modification des courbes hauteur-débit. La présence de la végétation a été reliée à l’augmentation de la turbulence près du fond et à son influence sur le profil vertical de vitesse. Ces mesures in situ ont été la première étape vers l’étude des modèles analytiques pour connaître les profils de vitesse au-dessus de végétation flexible (Cassan et al., Environmental Fluid Mechanics, 2015). Les travaux suivants ont discriminé les modèles les plus pertinents pour prévoir les débits (loi de frottement) et les profils de vitesses en fonction des caractéristiques de végétation (hauteur, diamètre et densité). La connaissance des gradients verticaux peut ainsi être atteinte et permet de mieux appréhender leur influence sur les processus biologiques comme le transport de nutriments ou de polluants.

Étude de l'effet d'un patch de végétation sur un fond rugueux