Thèse en sciences de l’environnement, soutenue le 12 juin 2023 par Matteo Roncoroni, rattaché à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST) de la FGSE.
Le recul rapide des glaciers expose de grandes surfaces au développement d’écosystèmes. Ces écosystèmes sont souvent dominés par les biofilms, notamment par les périphytons. Ces derniers se sont avérés très adaptables et efficaces pour coloniser de nouveaux environnements. En pratique, la colonisation de nouveaux cours d’eau est rendue difficile par la forte proportion d’eau glaciaire et de sédiments qui y sont présents. Traditionnellement, le fonctionnement écologique d’un cours d’eau glaciaire est défini par le temps qui sépare ce dernier de sa création au moment de la fonte du glacier et aussi à des fenêtres d’opportunités où les conditions environnementales sont moins sévères. Ces deux paramètres sont toujours valables aujourd’hui, mais ils pourraient être moins pertinents en raison de la rapidité avec laquelle le retrait des glaciers expose les plaines alluviales. Ce fait doit amener une nouvelle approche scientifique, c’est ce qui motive cette recherche.
Cette thèse décrit l’habitat des périphytons de ces nouvelles plaines alluviales jusqu’alors recouvertes par des glaciers. En parallèle, elle étudie le rôle potentiel des périphytons en tant qu’ingénieurs des écosystèmes et leur rôle dans la promotion de la succession primaire. Plusieurs approches méthodologiques et analytiques ont été menées dans la plaine alluviale du glacier d’Otemma (Suisse). La thèse présente une méthode pour la cartographie de la présence des périphytons à l’échelle de la plaine alluviale en utilisant des drones. Les données cartographiques sont ensuite utilisées pour déterminer l’organisation spatiale et la dynamique temporelle des périphytons afin d’établir comment leur développement et leur disparition sont liés aux conditions environnementales.
Le développement des périphytons nécessite un accès à l’eau, qui doit être disponible à la surface. Cependant, alors que l’eau détermine où ils peuvent apparaître, les périphytons se développent préférablement dans les zones où l’habitat bénéficie d’une certaine stabilité, qui peut être de courte ou de longue durée. Lorsque la stabilité est de courte durée, elle est généralement liée à la dynamique du cours d’eau glaciaire et en particulier à l’évolution des méandres du cours d’eau. Lorsqu’en revanche elle est de longue durée, elle est liée aux affluents d’eau claire qui s’écoulent sur des terrasses qui ont été déconnectées de la principale plaine alluviale active et tressée. Dans ces canaux stables et pendant la saison de fonte, les périphytons peuvent s’établir de manière pérenne, à condition qu’il y ait suffisamment d’eau. Si cette condition est remplie, la présence des périphytons entraine une modification des propriétés du lit du cours d’eau.
Pour mieux comprendre ces processus, une série d’expériences a été entreprise, imitant les conditions rencontrées dans les tributaires stables. La façon dont les périphytons modifient la morphologie du lit du cours d’eau, l’infiltration de l’eau et les caractéristiques de l’écoulement proche du fond du lit ont été particulièrement étudiées. Cette recherche a démontré le rôle majeur des périphytons dans le fonctionnement de l’écosystème, en montrant comment leur développement réduit l’infiltration verticale de l’eau en colmatant les interstices entre les sédiments. Les périphytons rendent également le lit plus lisse, ce qui modifie les composantes hydrauliques près du fond.
Les résultats de cette thèse mettent en évidence que les perturbations ne sont pas spatialement homogènes et que si les conditions de stabilité et d’accès à l’eau sont garanties tout au long de la saison de fonte les périphytons peuvent prospérer dans les plaines alluviales glaciaires. Ces conditions permettent aux périphytons de se développer de manière significative, en couvrant de grandes surfaces et pendant de longues périodes. Cette prospérité a pour conséquence de modifier le lit des chenaux des tributaires et, en définitive, de favoriser la succession primaire, principalement en maintenant l’eau à la surface grâce à l’imperméabilisation du lit.
