Zone hyporhéique : fonctionnement, rôles écologiques et menaces

Composante méconnue des cours d’eau et paraissant souvent « abstraite », la zone hyporhéique est une composante souvent négligée des renaturations. Elle joue pourtant un rôle de premier choix pour la diversité et la richesse biologique des milieux aquatiques, ainsi que pour l’auto-épuration des cours d’eau.

Qu’est-ce que la zone hyporhéique ?

Selon White (1993), la zone hyporhéique est « L’ensemble des sédiments saturés en eau, situés au-dessous et à côté de la rivière, contenant une certaine proportion d’eau de surface ». Le long d’un même cours d’eau, sa géométrie peut être très variable en fonction des spécificités géologiques, pédologiques ou topographiques. Le pourcentage d’eaux de surface et d’eaux souterraines qui la composent est aussi très variable.

La figure suivante illustre un gradient « classique » entre l’amont et l’aval d’un cours d’eau. Une zone de source (A) en contexte imperméable, dont la zone hyporhéique est peu, voire pas existante, et une plaine alluviale située en aval du bassin versant (E) dont la topographie plane et l’accumulation de matériaux perméables permet des nappes phréatiques plus hautes.

Les différents types de zones hyporhéiques (©Datry et al.)

Le fonctionnement de la zone hyporhéique

Dans une rivière en bonne santé, l’eau rencontre de nombreux obstacles, dont la nature est variable et que nous aborderons ci-après. Par des jeux de pression plus ou moins complexes, l’eau s’infiltre alors dans les sédiments déjà saturés en eau, faisant au passage ressurgir de l’eau qui y résidait déjà. Elle y restera sur des distances variant considérablement, de quelques centimètres à plusieurs dizaines de kilomètres pour les grands fleuves !

Les obstacles à l’écoulement sont de natures diverses dans un cours d’eau en bon état écologique : la présence de bois mort, l’alternance des méandres, ou encore la structure longitudinale du cours d’eau à travers la séquence radier-mouille. La figure ci-dessous illustre ces exemples :

Exemple de la diversité des obstacles à l’écoulement à différentes échelles (©Datry et al.)

Exemple d’obstacle à l’écoulement : banc de gravier – ©Dervenn	Exemple d’obstacle à l’écoulement : bois mort – ©Dervenn

La séquence radier–mouille correspond à une organisation morphologique naturelle permettant au cours d’eau d’accéder à un état d’équilibre dynamique et de maintenir la stabilité de son profil en long. L’alternance des radiers – souvent moins profondes, plus étroites et rapides – et des mouilles – souvent plus larges, profondes et lentes – permet notamment une diversité des jeux de pressions au sein de la colonne d’eau. La photo suivante permet de visualiser ces éléments :

Illustration d’une séquence radier-mouille-radier – ©Dervenn

Cette alternance de faciès d’écoulement permet des phénomènes d’infiltration (ou downwelling) et des d’exfiltration (ou upwelling), visibles sur la figure suivante :

Nota : La séquence radier-mouille est ici appelée séquence seuil-mouille.

Détails des mouvements hydriques au sein des séquences radier-mouille (©Gayraud et al.)

Ces échanges, notamment visibles grâce à des analyses piézométriques et/ou des sondes thermiques, favorisent notamment les processus d’auto-épuration des cours d’eau.

Le phénomène d’autoépuration des cours d’eau 

L’auto-épuration des cours d’eau, c’est le phénomène naturel qui purifie les eaux et les milieux aquatiques. Et ce phénomène est en grande partie réalisé dans la zone hyporhéique.

La zone hyporhéique occupe, au même titre que la ripisylve, une place centrale dans ces processus en étant notamment le siège d’une activité métabolique intense, via ses communautés microbiennes.

Les processus biogéochimiques en fonction de la nature des sédiments (d’après Datry et al.)

Ces sédiments sont le siège de toute une activité microbienne, qui tendent à réduire les taux de polluants présents dans l’eau (ex. : nitrates), mais qui sont aussi le lieu de vie d’une multitude d’êtres vivants.

La zone hyporhéique : un écotone riche et méconnu

En écologie, un écotone (parfois nommée « effet lisière ») décrit une zone de transition entre deux écosystèmes. Ces milieux spatialement restreints (et donc fragiles) présentent une importante richesse écologique, puisqu’ils sont le lieu de rencontre entre les espèces spécialisées dans chacun des écosystèmes voisins, ainsi que des espèces spécialisées dans ce milieu de transition. De par sa situation à l’interface entre les eaux de surface et les eaux souterraines, mais aussi entre l’eau et les sédiments, la zone hyporhéique forme un écotone particulièrement riche, aussi méconnu qu’ignoré.

En effet, c’est un milieu à l’interface entre les communautés vivantes spécialisées dans les eaux souterraines et les eaux de surface. Les espèces se répartissent selon les gradients d’oxygène dissous, de carbone organique dissous, de la température, etc. Le tout contribuant de manière significative à la « production » d’invertébrés dans le cours d’eau.

Parmi les macro-crustacés, les amphipodes (ex. : les gammares) ou les isopodes (ex. : les aselles) sont essentiels à la dégradation de la matière organique grossière. D’autres, tels que les oligochètes ou les diptères, sont dits « ingénieurs », car leurs réseaux de galeries participent activement à la perméabilité des sédiments, et augmentent donc les échanges. Ils sont le pendant hyporhéique des détritivores terrestres présents dans l’humus, tels que les vers de terre, acariens ou différentes larves saproxylophages.

Gammare	Aselle	Oligochètes – ©Matthias Tilly Wikimedia Commons

Cette faune est aussi un maillon trophique essentiel, servant de nourriture privilégiée aux poissons, aux oiseaux d’eau, aux larves d’insectes en phase aquatique. Beaucoup de ces espèces vivent dans la zone hyporhéique en phase juvénile, mais possèdent aussi une phase adulte aérienne. Ils pollinisent alors de nombreuses plantes et nourrissent les chiroptères, les amphibiens, les oiseaux…

Dans un cours d’eau en bon état, une dynamique positive dans laquelle un processus auto-entretenu se maintien : les nombreux obstacles (essentiellement du bois mort) permettent les échanges hyporhéiques par différents jeux de pression. Ces obstacles offrent abris et nourriture aux communautés biologiques, qui s’y installent et creusent des galeries qui renforcent encore les échanges hyporhéiques, permettant, à leur tour, l’installation d’autres communautés biologiques.

Le milieu semble donc naturellement soumis à une boucle vertueuse. Il est néanmoins soumis à différentes pressions causées et/ou renforcées par les activités humaines récentes.

Les menaces qui pèsent sur la zone hyporhéique 

Dans la majorité des cours d’eau de l’ouest de la France, les zones hyporhéiques sont en mauvais état. Les principaux facteurs de dégradation sont :

• Les rejets d’eaux contaminées ou dégradées en milieu naturel, tels que les rejets provenant des stations d’épuration, des industries ou de l’agriculture intensive.

• Le changement de la temporalité naturelle des cours d’eau avec l’augmentation des probabilités et des temps d’assecs, par des prélèvements importants d’eau à usage agricole ou industriel, ainsi que la multiplication et l’allongement des sécheresses.

• La simplification drastique de la géomorphologie des cours d’eau, par les opérations de chenalisation visant à la concentration et l’accélération des eaux vers l’aval. Parmi la multitude de travaux et de dégradations subies par le milieu hyporhéique, certaines sont très communes :

1. Le recalibrage, qui vise à élargir et/ou approfondir un cours d’eau pour augmenter sa capacité hydraulique. Souvent creusés en section trapézoïdale pour améliorer la stabilité des berges et augmenter encore la capacité du cours d’eau, les cours d’eau se voient alors privés de nombreuses structures d’échange (ex. : bancs de sables ou de graviers, radier, etc.). Ces travaux hydrauliques ont notamment été réalisés lors des opérations de remembrement et de modernisation de l’agriculture, durant la seconde moitié du XXe siècle.

Illustration schématique du recalibrage, en travers (A) et en long (B) (©Datry et al.)

2. La rectification, qui vise à raccourcir des portions sinueuses de cours d’eau en recoupant les méandres. Le cours d’eau obtenu est ainsi plus rectiligne et les écoulements plus rapides, ce qui favorise l’érosion et réduit considérablement ses échanges latéraux avec la nappe alluviale. Le cours d’eau se voit, là aussi, privé de nombreuses structures d’échange (ex : séquence radier-mouille). Ces opérations ont-elles aussi été majoritairement réalisées lors des opérations de remembrement et de modernisation de l’agriculture.

Illustration schématique d’une rectification (©Datry et al.)

3. Le colmatage, qui consiste en un comblement des interstices situés entre les sédiments, par l’apport de sédiments fins. Ces sédiments fins sont en grande majorité issus de l’érosion des terres agricoles par les vents ou les pluies. Cela bloque les échanges entre les eaux de surface et souterraines, privant notamment la zone hyporhéique d’oxygène dissous. Le dépôt des sédiments fins recouvre alors le fond de manière homogène, réduisant les échanges et privant la zone hyporhéique d’oxygène dissous. Elle se trouve alors très réduite, et peut même disparaitre.

Sédiments d’un cours d’eau en bon état –  ©Dervenn	Sédiments d’un cours d’eau colmaté –  ©Dervenn

4. Une dégradation supplémentaire est la manière « d’entretenir » nos cours d’eau. Suppression ou réduction des ripisylves et retrait systématique du bois mort sont des mesures supprimant des obstacles à l’écoulement. À ce titre, ces mesures entrainent une simplification de la géométrie du lit, une réduction des échanges avec la zone hyporhéique et une privation de matière organique pourtant essentielle à de nombreux organismes vivants.

Toutes ces dégradations du milieu entrainent des dysfonctionnements majeurs, amenant bien souvent à la réduction drastique ou à la disparition de la zone hyporhéique. Les conséquences sont nombreuses : réduction considérable de la diversité et de la richesse des communautés d’êtres vivants, accumulation des polluants et nutriments dans un contexte où les quantités atteignant le cours d’eau sont déjà trop importantes (ex. : agriculture intensive, industries, pollutions diverses, …) et une réduction des capacités d’auto-épuration.

Synthèse et enseignements

La zone hyporhéique est une composante essentielle des cours d’eau, dont le fonctionnement repose sur une pluralité d’obstacles à l’écoulement, tels que le bois mort, les rochers, les bancs de sables ou de graviers, les méandres ou encore les ripisylves. Par différents jeux de pression, ces échanges entrainent un mélange plus ou moins important d’eaux souterraines et d’eaux de surface qui vont s’écouler au sein des sédiments du cours d’eau.

Les différentes conditions du milieu, en situation d’écotone, vont déterminer l’installation d’êtres vivants spécifiques, notamment des communautés microbiennes ou détritivores essentielles aux écosystèmes.

Cette association d’obstacles à l’écoulement permet l’auto-épuration des cours d’eau, qui peuvent alors se débarrasser de nutriments et de polluants, tout en bénéficiant d’un maillon trophique indispensable à de nombreux prédateurs (ex. : poissons, oiseaux, chiroptères…).

Malheureusement, les milieux hyporhéiques sont fortement dégradés par l’apport massif de certains nutriments (ex. : nitrates), la chenalisation des cours d’eau ou le colmatage. Cela participe à l’appauvrissement général des écosystèmes et à la baisse de la qualité des eaux.

La zone hyporhéique apparait comme un compartiment indispensable à la « reconquête du bon état des milieux aquatiques », et de nombreuses solutions, interventionnistes ou non, existent pour les rendre à nouveau fonctionnelles.

N’hésitez pas à nous suivre sur nos réseaux sociaux pour connaître toutes nos actualités : LinkedIn, Facebook et YouTube.

Sources :

Cet article a majoritairement été rédigé d’après l’article suivant :

• « La zone hyporhéique, une composante à ne pas négliger dans l’état des lieux et la restauration des cours d’eau », T. Datry, Marie-José Dole-Olivier, Pierre Marmonier, C. Claret, J. F. Perrin, M.Lafont, Pascal Breil ; 2008

Autre article ayant servi à illustrer les échanges relatifs aux séquences seuils-mouilles :

• « Le colmatage minéral du lit des cours d’eau : revue bibliographique des mécanismes et des conséquences sur les habitats et les peuplements de macroinvertébrés », S.Gayraud, E. Hérouin, M. Philippe, 2002