L’urbanisation croissante, qui entraîne une imperméabilisation progressive des sols, a pour conséquence directe l’augmentation des volumes d'eau de ruissellement à évacuer par les réseaux d'assainissement, ce qui pose des problèmes de dimensionnement de ces ouvrages et de protection des rivières où ils aboutissent.
C'est pourquoi dans le département de Seine-Saint-Denis, la Direction de l’eau et de l’Assainissement qui gère et exploite des ouvrages d’assainissement vise trois objectifs :
- « évacuer les eaux en évitant les débordements, par construction d’ouvrages de stockage et de délestage des eaux de pluie,
- « supprimer les rejets directs dans les cours d’eau par temps sec,
- « réduire la pollution des premières eaux de ruissellement.
La qualité des eaux d’un bassin peut en effet être modifiée par les apports exogènes des eaux de ruissellement : les eaux de ruissellement se chargent en matériaux divers et en éléments nutritifs qui peuvent provoquer une accumulation de dépôts, susceptible d’entraîner une dégradation plus ou moins importante de l’écosystème du bassin de retenue d’eau pluviale. De ce fait, le gestionnaire des bassins de retenue d’eaux pluviales doit porter une attention particulière à la qualité des eaux qui y sont acheminées.
Dans ce but une étude a été menée en 1986 en vue d’établir les bilans qualitatifs de plusieurs bassins en eaux du Département (1). Ce travail a conduit à une étude de caractérisation des groupements phytoplanctoniques de ces bassins et à définir leur degré d’eutrophisation (2).
* Université Paris VII. ** Direction de l'Eau et de l’Assainissement du Département de Seine-Saint-Denis.
Huit bassins de retenue implantés sur les collecteurs pluviaux du réseau d’assainissement ont été ainsi pris en compte : il s’agit de ceux de Clichy-sous-Bois, La Molette, Le Tremblay, Maison-Blanche, Pont-Yblon, Savigny, Sévigné, Verchain. Leur localisation est précisée dans la figure 1.
Méthodologie et prélèvements
La qualité des eaux, la nature trophique d'un bassin de retenue dépendent de divers facteurs physiques (climatologie...) et biologiques (phytoplancton...).
Les principaux paramètres qui ont été étudiés sont donc les suivants :
- « les données climatologiques,
- « les sédiments,
- « les caractères physicochimiques de l'eau (avec influence ou non de la nappe phréatique),
- « le phytoplancton.
Données climatologiques
Les principales données climatologiques prises en compte lors des deux études ont concerné les précipitations journalières, l'insolation et les températures extrêmes journalières de l’air.
Choix du nombreet de la localisationdes points de mesureset de prélèvements
Ce choix dépend des données morphométriques de chaque bassin (3). Un seul point de prélèvements et de mesures a été retenu à proximité de la surverse pour tous les bassins, excepté celui de Ville-Evrard ; sur ce dernier, de forme allongée, deux points ont été définis — amont et aval.
Sédiments
Une seule série de prélèvements de sédiments a été effectuée en janvier 1986 pour les bassins de Clichy, Verchain, Maison-Blanche, Ville-Evrard, Tremblay.
Deux campagnes ont eu lieu, en janvier 1986 et juillet 1987, dans les bassins de Sévigné, Savigny, Pont-Yblon, et une autre en juillet 1987 dans le bassin de la Molette.
Des analyses de métaux (Cu, Pb, Zn, Hg) ont été réalisées à la suite de ces opérations.
Caractères physicochimiquesde l'eau
On a mesuré sur place le pH et la conductivité, et pratiqué des mesures de sulfates, phosphates, nitrates, nitrites et chlore, sur des échantillons prélevés à l'aide d'une crépine d’aspiration placée à 30 cm de profondeur.
Phytoplancton
L’échantillonnage du phytoplancton récolté au filet à plancton de vide de maille égale à 25,5 microns permet l’identification des genres. Le prélèvement, réalisé dans une lame d'eau de 30 cm et un volume de 1000 ml, sert au dénombrement de chaque genre d'algues.
Les prélèvements ont été fixés par addition de formol, sur le terrain ou au laboratoire.
Les genres furent déterminés à l'aide de la classification établie par P. Bourrelly (4). Le calcul de l'indice de diversité et d’équitabilité a été effectué (5).
Résultats et discussions
Données climatologiques
Les précipitations ont été déficitaires en 1985 (− 66 mm) et excédentaires en 1986 (+ 65 mm) et 1987 (+ 70 mm) (6). Chaque campagne de prélèvement a été effectuée moins de 24 heures après une précipitation, dans les bassins ayant subi des déversements.
Sédiments
Les teneurs en Cu, Zn, Pb, Hg ont été mesurées dans les boues des différents bassins. Il en ressort que ceux qui ont été ou sont le plus exposés à la pollution des eaux pluviales sont au nombre de quatre : Sévigné (teneur en Zn de 925 mg/kg MS), Ville-Evrard amont (624 mg/kg MS), Verchain (309 mg/kg MS), Savigny (197 mg/kg MS).
Les teneurs en polluants sont plus faibles dans les sédiments du bassin de Savigny que dans ceux du bassin de Sévigné. Cela souligne l'intérêt de l'interposition d'un décanteur entre l’ouvrage de déversement d’eaux pluviales et le bassin.
En comparant les résultats de 1976 et ceux de 1986 (figure 2), on constate les évolutions suivantes :
— abaissement de la concentration en polluants : * Clichy 40 % * Maison-Blanche 52 % * Le Tremblay 45 %
— augmentation de la concentration en polluants : * Sévigné 200 % * Ville-Evrard 115 %
L’évolution des indices de contamination (6) confirme :
— l'augmentation de la pollution des sédiments de Sévigné et de Ville-Evrard (bassins situés en ligne),— la diminution de la pollution des sédiments de Maison-Blanche (bassin curé après 1976).
Caractères physicochimiques
— pH
Dans l’ensemble, les eaux des bassins sont alcalines ; les valeurs les plus élevées sont observées à Sévigné (9,7 en août 1985 et 10,5 en juillet 1987) et à Savigny (9 en août 1985 et 10,3 en juillet 1987).
— Conductivité — concentration en sels dissous
La conductivité mesurée dans les bassins est sensiblement égale à celle des eaux de nappe :
* la conductivité des eaux du bassin de Clichy est de 2 500 µS (celle des eaux de la nappe alimentant ce bassin est de 2 800 µS),* la conductivité des eaux du bassin de Sévigné est de 610 µS (celle des eaux de la nappe est de 580 µS).
Les teneurs en chlorures des eaux des bassins de Clichy (115 mg/l), Sévigné (47,9 mg/l), Savigny (42,5 mg/l), Pont-Yblon (85,1 mg/l), Maison-Blanche (30,1 mg/l) dépendent de celles des eaux de nappe ; par exemple à Clichy elle est de 115 mg/l (eaux de la nappe : 117 mg/l).
— Matières en suspension
La concentration maximale mesurée dans les eaux des bassins de Clichy, Maison-Blanche, Pont-Yblon est de 31 mg/l ; ces bassins n’ont pas reçu de déversement pluvial en 1985. Les concentrations maximales des eaux des bassins de Sévigné et Savigny sont respectivement de 68 mg/l et 48 mg/l ; ces deux bassins reçoivent des déversements pluviaux.
Le bassin de Sévigné est un ancien étang aménagé comme retenue d'eaux pluviales, tandis que le bassin de Savigny, conçu comme ouvrage d'assainissement, est muni d’un prébassin qui permet une première décantation des particules organiques et autres, entraînant une diminution de la concentration de matières en suspension dans le bassin.
— Nitrate, ammonium, azote de Kjeldahl (azote organique + azote ammoniacal)
Les concentrations en ammonium restent inférieures à 2 mg/l sur l'ensemble des bassins, excepté à Sévigné (4,30 mg/l le 14/1/86) et à Verchain (10,5 mg/l, prélèvement réalisé avant le curage et le réaménagement complet du bassin).
Le 7 août 1987, les teneurs en ammonium des eaux des bassins de Sévigné et de Pont-Yblon sont inférieures au seuil de détection (< 1 µM/l). L'ammonium provenant de l'ammonification de la matière organique est totalement transformé en nitrites.
Le 7 août 1987, les eaux des bassins de Sévigné et de Savigny ne contiennent pas de nitrates, absence qui ne semble pas due à un blocage de la nitrification, mais plutôt à un épuisement des nitrates.
Tableau I
Embranchements et genres dominants du phytoplancton des différents bassins
| Éléments | Sévigné | Savigny | Pont-Yblon | La Molette |
|---|---|---|---|---|
| Nombre de genres identifiés | 38 | 39 | 47 | 22 |
| Noms des embranchements | ||||
| Chlorophytes | 19 | 18 | 23 | 10 |
| Chromophytes | 9 | 11 | 14 | 8 |
| Schizophytes | 6 | 5 | 5 | 3 |
| Euglénophytes | 3 | 3 | 3 | 0 |
| Pyrrhophytes | 1 | 2 | 2 | 1 |
| Genre dominant et abondance relative / nombre de genres / le 13 03 1987 | Melosira 21,65 % / 25 | Melosira 35,64 % / 20 | Chlamydomonas 41,20 % / 19 | Cyclotella 68 % / 13 |
| Genre dominant et abondance relative / nombre de genres / le 10 04 1987 | Chlamydomonas 45 % / 32 | Monoraphidium 48 % / 23 | Synura 38,75 % / 26 | Dinobryon 24 % / 17 |
| Genre dominant et abondance relative / nombre de genres / le 15 05 1987 | Scenedesmus 66 % / 36 | Monoraphidium 51,5 % / 24 | Dinobryon 19,05 % / 23 | Dinobryon 28 % / 7 |
| Genre dominant et abondance relative / nombre de genres / le 31 07 1987 | Aphanizomenon 46,56 % / 20 | Closterium 61,21 % / 23 | Dinobryon 19 % / 34 | Carteria 41,97 % / 19 |
| Genre dominant et abondance relative / nombre de genres / le 14 08 1987 | Scenedesmus 70,23 % / 18 | Closterium 75 % / 13 | Synedra 14 % / 34 | Carteria 70 % / 19 |
| Degré trophique | Hypereutrophe | Fortement eutrophe | Moyennement eutrophe | Oligotrophe |
par le phytoplancton, très abondant à cette date (les peuplements phytoplanctoniques de Sévigné, de Savigny sont respectivement de 9 097 798 cellules/l, 1 032 840 cellules/l).
Les teneurs en azote Kjeldahl, en 1985, sont comprises entre 1,4 et 10,2 mg/l pour les eaux de bassins, et 1,47 et 4,6 mg/l pour les eaux de nappe.
Les cinq classes de qualité définies dans la grille multi-usages, spécifique des eaux courantes, ont été utilisées à défaut d’outils mieux adaptés aux bassins, pour l’interprétation des différents paramètres physicochimiques étudiés.
Les classements obtenus sont les suivants :
— classe 2 — Ville-Evrard, Tremblay, Pont-Yblon,
— classe 3 — Clichy, Verchain, Maison-Blanche, Sevigné,
— hors classe — Sévigné.
Phytoplancton
Seuls les peuplements phytoplanctoniques des bassins de Sévigné, de Savigny, de Pont-Yblon, de La Molette ont été étudiés en 1987 (2). D’après le tableau I, les genres d’algues présents dans les eaux des bassins de Sévigné, Savigny, Pont-Yblon se répartissent parmi cinq embranchements.
Les Euglenophytes sont absents des eaux du bassin de La Molette. Ceux présents dans les peuplements phytoplanctoniques relèvent des genres Euglena, Phacus et Colacium. Ces derniers sont épizoïques de zooplancton (Copépodes, Cladocères). Le peuplement phytoplanctonique du bassin est peu diversifié (seulement 22 genres), tandis que celui de Pont-Yblon en comporte 47.
Les principaux genres de phytoplancton du bassin de Sévigné sont Microcystis, Aphanizomenon, Chlamydomonas, Scenedesmus. Chlamydomonas est le plus abondant du 13 mars au 17 avril 1987. Du 21 avril au 14 août 1987, le peuplement phytoplanctonique est principalement composé de Scenedesmus. Il y a apparition d’Aphanizomenon à partir du 3 juillet 1987 (figure 3). De mars à la mi-juin, une leucothiobactérie Beggiatoa sulfuraire est présente dans le peuplement phytoplanctonique. Elle indique ainsi la présence de H₂S dans l’eau, lequel peut avoir plusieurs origines : décomposition du plancton, réduction des sulfates (notamment par les bactéries). Ainsi, le lac de Sévigné présente des phénomènes d’anaérobiose en profondeur, par contre il y a sursaturation en oxygène dans les couches peu profondes (30 cm).
Du 3 avril au 27 mai Monoraphidium est le genre dominant du peuplement phytoplanctonique du bassin de Savigny; lorsqu’il devient moins abondant, il est remplacé par Closterium. Durant l’été, il y a apparition d’Aphanizomenon. Microcystis et Oscillatoria sont moins abondants du fait de la prolifération de Closterium, ce qui se traduit par une dystrophisation des eaux.
Les principaux genres du peuplement phytoplanctonique du bassin de Pont-Yblon sont Dinobryon, Synura, Chlamydomonas. Dinobryon est abondant du 13 mars au 14 août 1987, tandis que Synura est plus abondant au début du printemps.
Les principaux genres du peuplement du bassin de La Molette sont Cyclotella, Dinobryon, Carteria. Cyclotella est le plus abondant en mars, tandis que Carteria est le genre dominant de juillet à août 1987 (figure 4).
La détermination des genres du phytoplancton, leur effectif, leur fréquence, leur abondance ont permis de déterminer le degré trophique de chaque bassin.
Ils ont été classés (8) ainsi :
– Sévigné — hypereutrophe,
– Savigny — fortement eutrophe,
– Pont-Yblon — moyennement eutrophe,
– La Molette — oligotrophe.
L'étude du phytoplancton a permis de caractériser et de différencier le niveau trophique de chaque bassin et d’établir des associations caractéristiques de ces niveaux.
En 1987 des phénomènes d’eutrophisation ont été observés dans les bassins de Savigny, Pont-Yblon et Sévigné. Les peuplements phytoplanctoniques de ces trois bassins sont caractéristiques d'une eau qui est mésotrophe à hypereutrophe. Au début de la vie d’un plan d'eau, le peuplement phytoplanctonique est pauvre en individus et en genres (22 au maximum) ; c'est le cas de La Molette, qui est au stade oligotrophe.
Puis le milieu commence à se diversifier. Le phytoplancton est de type oligomésotrophe à faiblement eutrophe : il comprend des Dinophycées, des Desmidiacées, des Diatomophycées et des Chrysophycées. Ces groupes sont souvent accompagnés de Chlorophycées, relativement ubiquistes et de quelques Euglèniens indicateurs de pollution organique.
L'évolution se poursuit dans le sens d'une augmentation du nombre des organismes phytoplanctoniques (eau plus verte) et de la diversification du phytoplancton qui augmente. On retrouve une biocénose typique des étangs eutrophes à base de Chlorococcales, de Volvocales, de Cyanophycées et d'Euglèniens.
Les différents niveaux de cette évolution sont caractérisés par des associations phytoplanctoniques, qui sont sous l'influence de conditions écologiques déterminées. De brusques changements de ces conditions entraînent l’apparition d'une biocénose particulière : ainsi un apport important de matière organique peut favoriser un développement d'Euglena, de Phacus, de Melosira, de Nitzschia et d'autres algues. Dans le cas d'arrivées d'eaux riches en nitrates, il y a un développement important de Cyanophycées telles que Aphanizomenon. Avec des apports de sels minéraux dépassant la capacité d’auto-épuration, on peut assister à des développements algaux massifs avec augmentation de la matière organique à décomposer, consommation d’oxygène par les bactéries, formation de vase putride et dégagement de sulfure d’hydrogène qui peut être indiqué par la présence, dans le phytoplancton, de Beggiatoa sulfuraire.
L’examen du phytoplancton peut être complété par des analyses de nutriments (silice, phosphates, nitrates), elles peuvent s’accompagner de dosage de sulfure d’hydrogène (si Beggiatoa sulfuraire est présente), de carbonates si c'est Spirulina, et d'azote en présence d'Aphanizomenon.
La caractérisation du peuplement phytoplanctonique et son utilisation peuvent être schématisées (figure 5).
Conclusion
L'étude des eaux, des sédiments et du phytoplancton permet de classer les bassins d’oligotrophe à hypereutrophe.
L’alimentation de certains bassins par les nappes phréatiques rend la qualité des eaux des bassins dépendante de celle des aquifères. L'eutrophisation des bassins de Clichy, de Maison-Blanche, de Verchain, est en partie due à la forte minéralisation des eaux des nappes utilisées pour leur alimentation.
La qualité des eaux de la nappe phréatique est décisive dans le classement selon la grille de qualité, pour les bassins de Clichy (classe 3), de Verchain (classe 3) et de Pont-Yblon (classe 2). L’examen des teneurs en polluants dans les sédiments révèle une forte contamination du bassin de Sévigné. Les teneurs nettement plus faibles observées sur le bassin de Savigny soulignent l'intérêt de l’interposition d'un décanteur entre les ouvrages de déversement d'eau pluviale et les bassins.
Un suivi de la qualité des bassins doit pouvoir être réalisé en privilégiant les études de la contamination des sédiments et du peuplement phytoplanctonique.
Des déterminations sur les teneurs en polluants métalliques accumulés dans les sédiments prélevés au fond des bassins de retenue permettent de comparer les résultats obtenus aux teneurs rencontrées dans les sédiments des systèmes aquatiques naturels non pollués. Des mesures ponctuelles de métaux peuvent rendre compte de l’état de contamination des sédiments. Cependant il faudrait faire plusieurs prélèvements dans le temps afin de voir quelle peut être l’influence des déversements pluviaux et, d’autre part, effectuer des prélèvements à des endroits différents du bassin.
Les analyses des genres du phytoplancton des différents prélèvements effectués sur les bassins, constituent des données de base pour un suivi de l’évolution des niveaux trophiques de ces bassins.
REMERCIEMENTS
À Monsieur A. Couté (Laboratoire de Cryptogamie du Muséum National d'Histoire Naturelle de Paris), à Madame C. Cogez et Mademoiselle N. Barras, équipe de prélèvements (Direction de l'eau et des bassins : Département de Seine-Saint-Denis).
BIBLIOGRAPHIE
(1) CHOPARD P., Étude de la qualité des eaux de bassins de retenue d’eaux pluviales et de bassins de loisirs, 1989.
(2) MASSIP C., Caractérisation de groupements phytoplanctoniques de quatre bassins de retenue d'eau pluviale. Perspective d’eutrophisation. Conseil Général de Seine-Saint-Denis, 1989.
(3) Laboratoire d'hydrobiologie de Montpellier — Laboratoire de botanique de Bordeaux, Les bassins de retenue d’eaux pluviales, Service technique de l'urbanisme, Paris, 1982.
(4) BOURRELY P., Les algues d’eaux douces, 1966, 1968, 1970.
(5) BARBAULT R., Écologie des populations et des peuplements, Masson, 1981.
(6) Direction de la météorologie, Résumé mensuel du temps en France — Ministère des Transports, 1985-1986-1987.
(7) BELAMIE R., PHELIPPOT S. et LINTIGNAT D., Étude du niveau de contamination des sédiments de plusieurs cours d'eau du Bassin Parisien par les métaux et les composés organochlorés, XVIIes Journées de l'Hydraulique, Nantes, 14, 15 et 16 septembre 1982.
(8) D’après Wurtz 1958 in DUSSART B., Limnologie. L’étude des eaux continentales, Gauthier-Villars, 1966.
