Scénario 4. Impact du pâturage intensif et de la superficie pâturée (bassin 2)

Contexte

Ce bassin présente des sols sur roches siliceuses, pauvres en calcium, à tendance acide qui conviennent au mieux à l’établissement de pâtures. On suppose donc ici que l’homme n’y a pas établi de cultures. Jadis, ces pâtures n’étaient pas soumises à l’épandage d’engrais de synthèse. Elles étaient peu productives et fauchées tardivement pour la production de foin ou pâturées par peu d’animaux. Dans ces conditions se sont développés des prairies semi-naturelles notamment dans les fonds de vallées et des landes sur les sols plus secs. Ces milieux étaient très riches en espèces intéressantes de plantes et animaux. Avec cette agriculture extensive, l’impact des eaux de ruissellement sur les cours d’eau était faible.

Aujourd’hui, l’agriculture vise un maximum de rendement. Les amendements chimiques, principalement nitrates et phosphates, sont utilisés pour augmenter la production végétale et donc la production de viande et de lait. Dès le début de l’utilisation de ces engrais, on a vu disparaître toutes les plantes rares et incidemment, les animaux inféodés comme des papillons par exemple. Les prairies et landes se sont transformées en pâtures où ne subsistent que quelques graminées banales. Comme la production végétale est très élevée, on peut laisser au pré un nombre beaucoup plus élevé de bêtes. Dans ces conditions d’élevage intensif, les eaux de pluie qui ruissellent peuvent être chargées en matières organiques venant des déjections et des lisiers épandus et en minéraux (lessivage des excès d’engrais).

On testera ici l’impact sur le cours d’eau du pâturage intensif appliqué à des surfaces croissantes du bassin versant.

Une étude de la qualité de l'eau peut suivre deux approches différentes. Soit on analyse directement la chimie de l’eau (par exemple la matière organique, les nitrates, les phosphates, l’ammonium). Si l’analyse chimique permet d’identifier et de quantifier les polluants en présence, elle est cependant très variable suivant le moment où on fait le prélèvement et suivant par exemple l’importance des pluies qui peuvent diluer les amendements. La deuxième approche, adoptée ici, est celle des bio-indicateurs. Le principe est d’utiliser comme indicateurs de pollution les communautés vivantes qui enregistrent en permanence les variations des conditions du milieu. Parmi ces indicateurs, on utilise surtout des algues microscopiques du groupe des diatomées qui présentent trois avantages: on les récolte facilement en brossant quelques pierres immergées dans le courant; elles intègrent les variations chimiques, spécialement les éléments qui nous intéressent (matières organiques, nitrates, phosphates); enfin, on connaît bien les exigences de chaque espèce vis à vis de ces éléments. Ces algues appartiennent à la famille des algues brun-jaune, unicellulaires qui fabriquent un squelette externe d’opale (SiO4) dont la morphologie (taille, ornementation, symétrie) sert à identifier les espèces du relevé (voir: les diatomées)

Chaque fois que vous cliquez sur un point de prélèvement, un champ de diatomées apparaît. En cliquant sur chaque diatomée, on est dirigé vers une clé d’identification. Quand toutes les espèces sont identifiées, on obtient l’indice de qualité qui varie de 5 (pollution nulle) à 1 (pollution très forte) (voir: clé d'interprétation des couleurs). Une fois compris les critères qui permettent de reconnaître les espèces, on pourra activer l’option de détermination automatique (voir: procédure de détermination). Les deux procédures aboutissent au même résultat: un indice de qualité et un champ microscopique colorisé en fonction de la sensibilité des espèces à la pollution (voir: clé d'interprétation des couleurs).

Déroulement résumé de l’activité

Pour différentes superficies affectées au pâturage intensif (0% - 10% - 45% - 100%, le reste étant à l’état naturel)
                   Pour chacun des points de prélèvemento
                         - Observation d’un champ microscopique et détermination des diatomées (avec la clé ou automatiquement)                          - Obtention d’un histogramme de fréquences et d’un indice global de qualité
Comparaison des indices en fonction de la superficie pâturée

Fiches de rapport d’activité pour les élèves

L'une de ces fiches (que l'enseignant peut adapter à ses objectifs) peut être distribuée avant de commencer l'activité. Les élèves peuvent y consigner leurs observations et l'utiliser pour interpréter leurs résultats.

>>> Voir Variante 1: synthétique (fichier Word)
>>> Voir Variante 2 : détaillée (fichier Word)

Déroulement détaillé de l’activité

1. Ouverture du logiciel.

Lancer l’application Virtval selon la procédure décrite dans le paragraphe "Démarrage du logiciel".
Activer l’option d’affichage des grilles-repères (cf. réglage des préférences).

2. Choix du bassin versant 2 : roches siliceuses, sols acides, eaux mésotrophes.

Cliquer une fois sur le bassin choisi pour le faire apparaître en détail.

3. Etablissement des indices de référence (en l’absence de toute activité humaine)

N.B. Si le scénario 0 a été réalisé au préalable, cette étape peut être supprimée, et les indices repris directement de cette activité précédente. On peut alors passer au point 4.

3.1. Prélèvement de diatomées au point S1.

Cliquer une fois sur le point S1 pour faire apparaître un champ microscopique. Ce champ comprend 20 diatomées dont l’assemblage est caractéristique du type d’eau prélevé

N.B. La disposition des diatomées dans le champ est produite de façon aléatoire par le logiciel. Le champ que vous obtiendrez aura donc une apparence différente de l’exemple ci-dessus.

3.2. Détermination des diatomées

Deux options sont offertes : la détermination à l’aide de la clé ou la détermination automatique, qui peut être activée dans les options du menu [Fichier]. La procédure détaillée est décrite dans le paragraphe "Procédure de détermination".
N.B. Pour obtenir un champ colorisé de diatomées en mode automatique: cliquer sur [T] pour afficher la liste des taxons, puis fermer cette fenêtre. Les diatomées du champ apparaissent alors colorées selon leur groupe écologique (cf. clé d'interprétation des couleurs).

3.3. Obtention de l’histogramme de fréquences des groupes

Le pourcentage des diatomées appartenant à chacun des 5 groupes écologiques (cf. clé d'interprétation des couleurs) est représenté sous la forme d’un histogramme de fréquences. Ce graphique se construit progressivement lorsqu’on détermine les diatomées à l’aide de la clé. Il peut être consulté à tout moment en cliquant sur le bouton [Histogramme] sous le champ microscopique. En mode de détermination automatique, l’histogramme complet est directement accessible via ce même bouton. Cette fenêtre indique, en outre, la valeur de l’indice diatomique.

Dès que l’histogramme complet a été consulté, la valeur de l’indice apparaît à côté du point de prélèvement sur le bassin versant, avec la couleur correspondante.

3.4. Prélèvement de diatomées au point S2

Les étapes 3.1 à 3.3 décrites ci-dessus sont répétées pour le point S2.

Interprétation :

En l’absence de zones pâturées, les eaux sont de très bonne qualité et les peuplements de diatomées sont dominés par les diatomées très sensibles (en bleu, 85%). Les indices sont donc très bons (4,6 et 4,5).

4. Implantation d’un élevage intensif de faible superficie

Dans la barre de menu, cliquer sur [Aménagements à tester]  >>> [Installer  une petite pâture] (sous "Élevage intensif avec amendements").

Une prairie dont la superficie correspond à 10 % de la surface de la zone utilisable (donc non comprise la surface de la réserve forestière) apparaît à l’extérieur du bassin. Pointer la prairie à l’aide de la souris puis, en maintenant le clic gauche enfoncé, faire glisser la prairie jusqu’à l’emplacement 54 sur le bassin. Ce nœud 54 est recommandé pour obtenir des résultats très significatifs, facilement interprétables. Un positionnement différent aboutira toutefois à des résultats très proches.

N.B. Aucune prairie ne peut être installée dans la réserve forestière, de sorte que le point S1 reste toujours à l’abri de l’influence humaine et peut être considéré comme référence tout au long du scénario.

4.1. Détermination de l’indice de qualité au point S1

N.B. Nous supposerons que la clé de détermination a déjà été explorée lors des étapes précédentes et que la suite du scénario se fera sur la base de la détermination automatique. Pour rappel, celle-ci peut être activée à tout moment à partir de la barre de menu : [Fichier] >>> [Options], cocher la case "Permettre la détermination automatique", puis cliquer sur [OK].

Cliquer une fois sur le point S1 pour faire apparaître un champ microscopique de diatomées, qui peut être colorisé en cliquant sur [T]. Cliquer sur le bouton [Histogramme] pour visualiser l’histogramme de fréquences des différentes classes de diatomées, ainsi que l’indice de qualité. Comme ce point ne subit pas l’influence de l'agriculture, son indice ne varie pas par rapport à la référence établie en début de scénario.

4.2. Détermination de l’indice de qualité au point S2

Cliquer une fois sur le point S2 pour faire apparaître un champ microscopique de diatomées, qui peut être colorisé en cliquant sur [T]. Cliquer sur le bouton [Histogramme] pour visualiser l’histogramme de fréquences des différentes classes de diatomées, ainsi que l’indice de qualité.

5. Implantation d’un élevage intensif de superficie moyenne

Dans la barre de menu, cliquer sur [Aménagements à tester] >>> [Installer une pâture moyenne] (sous "Élevage intensif avec amendements").

Le logiciel vous demande d'abord d'annuler l'action précédente (supprimer la petite pâture). Cliquer sur [Oui], puis cliquer à nouveau sur [Aménagements à tester] >>> [Installer une pâture moyenne] (sous "Élevage intensif avec amendements").

La prairie apparaît à l’extérieur du bassin. Pointer la prairie à l’aide de la souris puis, en maintenant le clic gauche enfoncé, faire glisser la prairie jusqu’à l’emplacement souhaité sur le bassin. Pour la comparaison, il faut positionner la pâture au même point que la petite pâture précédente (nœud 54).

5.1 Détermination de l’indice de qualité au point S1

Cliquer une fois sur le point S1 pour faire apparaître un champ microscopique de diatomées, qui peut être colorisé en cliquant sur [T]. Cliquer sur le bouton [Histogramme] pour visualiser l’histogramme de fréquences des différentes classes de diatomées, ainsi que l’indice de qualité. Comme ce point ne subit pas l’influence de l'agriculture, son indice ne varie pas par rapport à la référence établie en début de scénario.

5.2. Détermination de l’indice de qualité au point S2

Cliquer une fois sur le point S2 pour faire apparaître un champ microscopique de diatomées, qui peut être colorisé en cliquant sur [T]. Cliquer sur le bouton [Histogramme] pour visualiser l’histogramme de fréquences des différentes classes de diatomées, ainsi que l’indice de qualité.

6. lImplantation d’un élevage intensif sur toute la superficie disponible

Dans la barre de menu, cliquer sur [Aménagements à tester] >>> [Pâturer toute la surface disponible]. Le logiciel vous demande d'abord d'annuler l'action précédente (supprimer la pâture moyenne). Cliquer sur [Oui], puis cliquer à nouveau sur [Aménagements à tester] >>> [Pâturer toute la surface disponible] (sous "Élevage intensif avec amendements").

Toute la surface, à l'exception de la réserve forestière, apparaît maintenant pâturée intensivement.

6.1. Détermination de l’indice de qualité au point S1

Cliquer une fois sur le point S1 pour faire apparaître un champ microscopique de diatomées, qui peut être colorisé en cliquant sur [T]. Cliquer sur le bouton [Histogramme] pour visualiser l’histogramme de fréquences des différentes classes de diatomées, ainsi que l’indice de qualité. Comme ce point ne subit pas l’influence de l'agriculture, son indice ne varie pas par rapport à la référence établie en début de scénario.

6.2. Détermination de l’indice de qualité au point S2

Cliquer une fois sur le point S2 pour faire apparaître un champ microscopique de diatomées, qui peut être colorisé en cliquant sur [T]. Cliquer sur le bouton [Histogramme] pour visualiser l’histogramme de fréquences des différentes classes de diatomées, ainsi que l’indice de qualité.

7.  Comparaison des indices en fonction de la superficie pâturée

Interprétation

Dans des conditions naturelles (point S1), le peuplement de diatomées est dominé par les espèces très sensibles (en bleu) et l’indice est élevé (4,6). Il en était de même au point S2 avant l’arrivée de l’homme (indice = 4,5).

L’homme avait à partir du 10ième siècle défriché et établi une agriculture extensive autarcique qui suffisait pour une population encore peu nombreuse. A partir du milieu du 19ième siècle, cette agriculture ne suffit plus. Les sols les plus humides sont abandonnés alors que les landes biologiquement très riches sont  fortement amendées et transformées en pâtures intensives dépourvues de tout intérêt si ce n’est la production intensive de viande et de lait.

Lorsque la superficie pâturée du bassin versant est faible (10%, cas 1), les matières organiques épandues (lisier) ou produites par les animaux (déjections) ont le temps de se minéraliser sur et dans le sol. Seule une faible partie des minéraux (nitrates, phosphates) arrive au cours d’eau par ruissellement et par écoulement hypodermique (c’est à dire dans la couche superficielle du sol). Les diatomées d’eau eutrophisée augmentent un peu (en jaune, + 10 %) en réaction à cet apport azoté et phosphoré et le point passe en altération faible (indice de 4,2, en vert).

Si la surface pâturée atteint 45 % du bassin versant, le sol ne suffit plus à résorber l’ensemble de la charge organique dont une partie s’écoule au cours d’eau, accompagnée d’une part plus grande de nitrates et phosphates. Il en résulte le développement des diatomées très résistantes (5 %, en rouge), résistantes (15 %, en orange) et d’eau eutrophisée (40 %, en jaune) au détriment des diatomées sensibles et très sensibles (en vert et bleu) . L’indice diminue (3,4, en jaune, altération modérée).

Enfin, si la totalité du bassin versant  est couverte de pâtures intensives, l’indice diminue encore (3,2, en jaune, altération modérée) avec un renforcement des effectifs des diatomées très résistantes (10 %), résistantes (20 %) et d’eau eutrophisée (45 %). Les diatomées très sensibles ne comptent plus que pour 5 % du peuplement.

Des études ont bien montré la part des amendements emportés par les pluies vers les cours d’eau. C’est une pollution insidieuse et continue dont l’impact est immédiat : il suffit que le cours d’eau de très bonne qualité qui vient de la réserve forestière parcoure quelques centaines de mètres en pâture pour que son indice diminue déjà. Il faut dire que les diatomées sont des algues très sensibles au moindre apport  organique ou minéral !

Pour améliorer la situation, différentes possibilités :

-calculer précisément les besoins de chaque sol et de chaque prairie pour ne pas épandre des excès d’engrais; on peut alors augmenter la diversité des prairies tout en produisant une viande et du lait de meilleure qualité en moindre quantité, ce qui n’est pas gênant puisqu’on produit des excédents dans le système actuel !

-épandre à des périodes favorables c’est à dire en période de végétation et non en hiver. Il arrive en effet qu’on épande sur sol gelé ou gorgé d’eau: la moindre pluie emporte alors une grande partie au cours d’eau !

-planter le long des cours d’eau une bande arbustive de quelques mètres de large : l’écoulement superficiel et hypodermique chargé des engrais traverse alors les racines des arbustes qui en utilisent une bonne partie. On a ainsi montré que ce système peut retenir jusque 90 % des amendements avant l’écoulement au cours d’eau! Par ailleurs, le bois produit peut servir au chauffage et les zones arbustives peuvent abriter une faune intéressante.

8. Sortie du scénario

Dans la barre de menu, cliquer sur [Terminer]. Le logiciel affiche la carte générale des 3 bassins versants. Un autre scénario peut être entrepris.

Fiches de rapport d’activité avec réponses-types

>>> Voir Variante 1: synthétique
>>> Voir Variante 2 : détaillée

[SOMMAIRE]