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Résumé :
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L'analyse des aspects hydrauliques des écosystèmes fluviaux se heurte à la compléxité d'une part de l'hydraulique des cours d'eau naturels et d'autre part du fonctionnement des systèmes biologiques. Face à la demande croissante d'outils quantitatifs permettant de prédire l'impact sur les poissons, plantes ou invertébrés des aménagements fluviaux, hydrauliciens et écologues ont développé des modèles d'habitat issus du couplage 1) de modèles décrivant les conditions hydrauliques locales dans des tronçons de cours d'eau avec 2) des modèles de préférence des espèces pour ces conditions, inspirés du concept de niche écologique. Les validations de ces modèles sont rares, monospécifiques et controversées. Cette thèse propose une modélisation statistique de l'habitat hydraulique, basée sur les similitudes de forme des distributions en fréquence de vitesse, hauteur et contrainte observées dans plus de 50 tronçons de bassins différents. Ces modèles hydrauliques statistiques, d'utilisation particulièrement simple, mettent en évidence le rôle de variables clefs de l'hydraulique comme le nombre de Froude des tronçons sur la diversité des habitats. Couplés avec de nouveaux modèles de préférence piscicoles, ils fournissent un modèle d'habitat statistique. Testé sur 11 tronçons du bassin du Rhône ayant fait l'objet de suivis piscicoles de long-terme, et malgré de fortes variations géographiques des peuplements, le modèle d'habitat explique 13% de la variabilité observée de la structure spécifique du peuplement, 23% de cette variabilité au niveau plus général des traits biologiques, et 35 à 47% de cette variabilité dans des cadres géographiques restreints. Il explique également jusqu'à 92% de la variabilité d'indices piscicoles synthétiques qui, par ailleurs, sont liés aux variables hydrauliques clefs (Froude, Reynolds) ainsi qu'à la géomorphologie. Ces résultats significatifs confirment le rôle majeur de l'hydraulique sur les communautés piscicoles. Ils ouvrent d'attractives perspectives d'application (illustrées dans le cas de la gestion des débits du Rhône) et de généralisation. Ils ouvrent également un large champ de recherche qui concerne les liens généraux entre les descripteurs synthétiques indissociables de l'hydraulique, de la géomorphologie et de la biologie des écosystèmes fluviaux
Analysing the effects of hydraulics on fluvial ecosystems is constrained by the complexity of both stream hydraulics and lotic communities. Facing the need for quantitative tools to predict the impact of stream management, hydraulic engineers and ecologists have developed habitat models that link 1) models predicting the local hydraulic conditions in stream reaches with 2) models of species preferences for these hydraulics, mimicking the niche concept. Validation tests of these habitat models are rare, monospecific and controversially discussed. This thesis presents statistical hydraulic models, wich are based on common patterns observed for velocity, water depth and shear stress frequency distributions of a wide range of reaches of different basins. Statistical hydraulic models predict these distributions using simple average characteristics of reaches such as their Froude numbers. Their linkage to new preference models for fish provides a statistical habitat model. The ability of the statistical habitat model to predict fish community characteristics from low flow hydraulics is tested using long-term fish samples from 11 reaches of the Rhône river basin. Despite strong zoogeographical differences among these reaches, the model predicts 13% of the observed variability of the specific community structure for all reaches, respectively 35 to 47% in narrower geographical areas and 23% of the observed variability on the more general level of species traits for all reaches. Predictions of synthetic community characteristics correspond well to observations. These community characteristics are related to key hydraulic variables (e.g., Froude number) and geomorphology. Overall, these significant results confirm that hydraulics dominate lotic community characteristics. Beyond further possibilities of improvement, the statistical habitat model offers attractive perspectives for the management of fluvial minimum flow (as illustrated for the Rhône river, France) and research on general relationships between synthetic variables of hydraulics, geomorphology and communities in fluvial ecosystems
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