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Fonctionnement hydro-sédimentaire et bilan sédimentaire du lac de Saint-Germain-de-Confolens (Charente, France) : paramètres géomorphologiques à prendre en considération dans la gestion du lac

Véronique Maleval et Frédéric Pitois
p. 197-227

Résumés

Le lac de Saint-Germain-de-Confolens en Charente a été créé en 1972 pour l'alimentation en eau potable du Confolentais. Les études effectuées ponctuellement sur la qualité de l'eau et la sédimentation du lac ont montré, au fil du temps, que l'eau se dégrade et que le lac s'envase rapidement. En effet, le réservoir a perdu 42 % de sa capacité utile en raison de la sédimentation, estimée annuellement en moyenne à 8000 m3. Le bilan sédimentaire révèle que celle-ci est principalement liée aux apports allochtones (87 %), car le bassin versant est très agricole. Ces flux importants de matières (sédiments et nutriments en particulier) sont une source de dégradation de la qualité de l'eau lacustre par eutrophisation. Pour tenter de pérenniser la distribution d'une eau de qualité, des mesures conservatoires (piège à sédiments notamment) sont proposées.

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Texte intégral

I - Introduction

1Les lacs aménagés sur le cours d'une rivière fonctionnent comme un réceptacle pour l'eau et les produits solides et dissous provenant, d'une part, de l'érosion du bassin d'alimentation et, d'autre part, des processus internes au lac comme l'érosion des marges littorales. Toutes les matières qui ne sont pas évacuées par l'émissaire se répartissent et s'accumulent dans la cuvette lacustre. En profondeur, celle-ci se transforme alors progressivement par un envasement lié aux dépôts d'éléments à la fois détritiques et biogènes. Si de nombreuses études ont porté, partout dans le monde, sur la caractérisation physico-chimique et biologique des sédiments (S. JUNG et al., 2007 ; K.S. KONAN et al., 2013 ; J.P. JENNY, 2013 ; F. THÉVENON et al., 2014 ; K.A. KOUAKOU et al., 2014 ; G. GUÉDON et al., 2014), peu apprécient la morphologie et l'évolution des fonds : quelques auteurs ont travaillé sur la répartition des sédiments (L. SIKIRDJI, 1982 ; J.L. PEIRY, 1988 ; V. MALEVAL, 2002 ; K.S. KONAN et al., 2013) et leur quantification (V. MALEVAL, 2002 ; L. CHASSIOT, 2015) dans le but d'établir un bilan sédimentaire lacustre (V. MALEVAL, 2006). Cependant, si les effets de la sédimentation sur les lacs de barrage sont multiples, le plus important, d'ordre physico-économique, est la réduction de la capacité utile du réservoir, puisque tout lac est inexorablement condamné à se combler (G.L. MORRIS et J. FAN, 1998). Ce devenir contrarie alors les activités liées au lac, dont l'alimentation en eau potable (AEP) ou l'écrêtage des crues, voire la sécurité de l'ouvrage (J.P. ANDRIEU et al., 1997 ; I. DERVILLE et al., 2001).

2Cette question de l'approvisionnement en eau est, depuis plusieurs dizaines d'années, un défi pour la retenue de Saint-Germain-de-Confolens en Charente, tant certaines perturbations ont été observées par le gestionnaire et la population (pour son goût de vase notamment). Ainsi, l'objectif de cet article est d'apporter aux gestionnaires de ce lac destiné à l'AEP, des connaissances sur le problème de l'envasement, en mettant en avant les processus sédimentaires en charge de l'évolution de la cuvette lacustre pour, in fine, assurer durablement la distribution de l'eau, en préconisant des actions à mettre en place.

II - Présentation du site et contexte de l'étude

3En Charente, le barrage de Saint-Germain-de-Confolens a été mis en eau au début des années 1970 sur l'Issoire, juste en amont de sa confluence avec la Vienne (bassin de la Loire), par la construction d'un barrage-poids haut de 13 m et long de 67,5 m. D'après les caractéristiques morphométriques du lac (Tab. I) et les seuils de la géographie limnologique différenciant lac et étang (7 m de profondeur, 100 ha, 1 million de m3, L. TOUCHART et al., 2014), il convient de remarquer que Saint-Germain-de-Confolens pourrait être qualifié d'étang (même si sa profondeur est à la limite de l'étang et du lac). Toutefois, selon P. BARTOUT et C. BERNARD (2007), il ne peut être qualifié d'étang, car sa fonction exclusive est le prélèvement d'eau pour l'AEP. Ainsi, Saint-Germain-de-Confolens est un lac de très petite taille.

Tableau I - Caractéristiques morphométriques du lac de Saint-Germain-de-Confolens.

Tableau I - Caractéristiques morphométriques du lac de Saint-Germain-de-Confolens.

* : Données calculées dans MapInfo d'après l'image aérienne de 1972.

4L'Issoire, tributaire du lac, naît en Haute-Vienne dans les monts de Blond à environ 400 m d'altitude. Avec une densité de drainage de 1,81 km/km2, elle reçoit les eaux de multiples affluents, dont la Courrière et la Marchadaine en rive gauche (Fig. 1), avant de pénétrer dans le lac après un parcours d'environ 38 km sur le plateau cristallin de la marge occidentale du Limousin, datant de l'ère primaire (J.P. CAPDEVILLE et al., 1983) ; le terrain granitique calco-alcalin et arénisé du Confolentais a permis de modeler des collines mollement ondulées. L'altitude moyenne du bassin versant est de 255 m, avec un point culminant à 511 m, et si les pentes maximales atteignent 11,6°, la moyenne est à 3,4°. Le lac, encaissé dans la vallée de l'Issoire, reçoit les eaux d'un vaste bassin versant rural de 284 km2, à cheval sur la Charente (7 communes) et la Haute-Vienne (11 communes), où sont bien représentés les prairies, les espaces boisés et les labours, dont les parts respectives, en 2012, étaient de 59 %, 20 % et 17 %. L'Issoire a un débit moyen annuel de 2,8 m3/s. Si l'hiver correspond à la saison des hautes-eaux (Qmoy de 4,3 m3/s), l'été coïncide avec les basses eaux (Qmoy de 0,8 m3/s) (P. BOULANGER et B. SAVY, 2015). Ainsi, comme la grande majorité des cours d'eau limousins et angoumois, l'Issoire a un régime de type pluvio-évaporal océanique (les précipitations moyennes annuelles du bassin versant sont de 850 mm).

Figure 1 - Le bassin versant du lac de Saint-Germain-de-Confolens (SGDC).

Figure 1 - Le bassin versant du lac de Saint-Germain-de-Confolens (SGDC).

5C'est pour alimenter en eau potable le Confolentais que ce réservoir a été créé. Le volume prélevé annuellement pour l'AEP, d'environ 14000 habitants (7979 abonnés au 31 décembre 2015), dépasse le million de m3 (1 256 221 m3 en 2015). L'eau est traitée à Saint-Germain-de-Confolens, à la station de Bellevue, située à 250 m du barrage, en rive gauche. Cette fonction exclusive du lac représente un enjeu considérable pour la population, mais aussi pour le gestionnaire, le Syndicat d'Eau Potable (SEP) du Confolentais, gérant à la fois la retenue et la distribution de l'eau.

6En effet, dès 1974, des traces de métaux ont été détectées dans l'eau et, depuis 1995, des pesticides apparaissent épisodiquement. Sans compter qu'au début des années 90, l'eau, de qualité déjà insatisfaisante, se détériorait fortement en été par la croissance des cyanophycées (P. BOULANGER et B. SAVY, 2015). Plus récemment, les teneurs en matières organiques ont atteint la limite de potabilisation : 9 mg/l mesurés pour une limite maximale à 10 (SEP, 2015). Ainsi les quelques études effectuées ponctuellement sur la qualité de l'eau ou la sédimentation du lac ont-elles montré qu'au fil du temps, non seulement la qualité des eaux brutes se dégrade, mais que le lac s'envase également rapidement, malgré le traitement thermique permis par l'aménagement, en 1996, d'une aération forcée des eaux lacustres pour oxygéner la masse d'eau. Face à cette situation problématique, la réalisation, sur un délai d'un an minimum, d'une étude de géographie limnologique a été jugée primordiale pour cerner le fonctionnement du lac.

III - Méthodologie de sédimentologie

7La connaissance de l'évolution morphologique du lac de Saint-Germain (dynamique et bilan sédimentaire, sédimentation autochtone et allochtone, volume utile) est passée par un protocole relativement complet de mesures, d'observations et d'analyses, grâce notamment à une instrumentation in situ. Celle-ci a été mise en œuvre durant une année complète, d'avril 2015 à mars 2016.

1 ) Prélèvements amont et aval d'eau dans l'Issoire et analyses

8Le transport des sédiments occasionnant les apports d'éléments nutritifs accélère les processus d'envasement et d'eutrophisation des lacs (H.L. GOLTERMAN, 2004 ; A. JIGOREL et al., 2005 ; A. N'GO, 2000, in K.S. KONAN, 2013). Ainsi les principaux échanges étudiés entre le bassin versant et le lac ont-ils concerné, d'une part, les MES, qui constituent les principaux apports solides (F.A. FOREL, 1892 ; L.W. COLLET, 1925) et possédent à eux seuls "une valeur représentative très suffisante" (F. FOURNIER, 1960, p. 26), et, d'autre part, les nutriments, comme le phosphore, élément largement répandu dans les milieux aquatiques (W. RAST et J. THORNTON, 2005 ; S.R. CARPENTER, 2005) et responsable de l'eutrophisation (D. BANAS et al., 2008). Ces matières entrent avec les eaux de l'Issoire, elles-mêmes en relation avec les précipitations (850 mm de moyenne annuelle pour le bassin versant). Cette étude a été conduite sur un cycle hydrologique complet, d'avril 2015 à mars 2016, de façon à observer les variabilités saisonnières. Chaque semaine, un litre d'eau a été prélevé en amont du lac, au pont Binot (Fig. 2), et, une fois par mois, trois litres d'eau pour l'analyse d'autres paramètres : l'azote, le fer, le manganèse, la chlorophylle A et le phytoplancton. En raison de l'inégale répartition verticale et transversale des particules transportées en suspension dans une section mouillée (F. FOURNIER, 1960), "l'eau a été prélevée à environ 25 cm au-dessous de la surface dans la section du lit où le courant est le plus rapide" (V. MALEVAL, 2006). Pour avoir une connaissance précise du rôle joué par le lac, le même travail a été conduit juste en aval de la retenue pour mesurer les sorties du lac. Au total, 104 échantillons d'eau ont été prélevés puis analysés en laboratoire.

Figure 2 - Localisation des points amont et aval des prélèvements d'eau de l'Issoire.

Figure 2 - Localisation des points amont et aval des prélèvements d'eau de l'Issoire.

2 ) Étude de la cuvette lacustre

9Le fonctionnement de la machine lacustre procédant à la fois, et de manière indissociable, des dimensions verticales et horizontales (L. TOUCHART, 2000, p. 10), l'ensemble de la cuvette a été étudié : le fond, communément nommé le plafond, se raccordant au littoral par l'intermédiaire de talus sous-lacustres plus ou moins inclinés.

a. Le travail bathymétrique

10Comme il a été impossible de récupérer les études faites à l'occasion de la création du lac, dont la carte topographique précise de la vallée de l'Issoire ennoyée, le premier travail de terrain a consisté à procéder aux relevés bathymétriques le long de 23 profils (dont sept en amont) afin d'obtenir 1/ les isohypses originelles de la cuvette, 2/ les isobathes actuelles, 3/ le volume de la sédimentation abyssale et 4/ la nature des sédiments. Dans la mesure où la bathymétrie acoustique, réalisée avec un sondeur Pinger bifréquence de marque Knudsen, ne s'est pas révélée efficace (faible profondeur et mauvais développement de l'onde empêchant tout cubage sédimentaire), la bathymétrie a été faite par l'utilisation simultanée d'un GPS, d'une sonde électronique de profondeur et d'une perche graduée avec un embout de 30 mm (Fig. 3) : tandis que la sonde indique la hauteur d'eau, le refus d'enfoncement de la perche ou l'accroissement de l'effort donne la cote originelle du fond du lac constituée d'alluvions (V. MALEVAL et A. JIGOREL, 2002). L'épaisseur du dépôt correspond alors à la différence entre la cote de l'interface eau-sédiment et les alluvions de l'ancienne vallée déposées sur un substrat granitique. À proximité du trait de côte, les relevés sont espacés de 2,5 m, et de 5 m en pleine eau. Le rendu cartographique a été élaboré par le traitement informatique des données dans les logiciels ArcView et Surfer. Il convient de noter que la bathymétrie, faute de vidange complète du lac depuis sa création, n'est pas biaisée par la dessiccation qu'auraient pu subir les sédiments à l'air libre en période d'assec (V. MALEVAL, 2002). Ces résultats sont comparés à ceux des deux études bathymétriques du lac, effectuées en 1994 et 2001, pour reconstituer l'évolution sédimentaire de la cuvette.

Figure 3 - Localisation des profils bathymétriques du lac de Saint-Germain-de-Confolens.

Figure 3 - Localisation des profils bathymétriques du lac de Saint-Germain-de-Confolens.

b. L'installation de sédimentomètres et l'analyse des sédiments

11Indispensable pour assurer le suivi sédimentologique, cette méthode permet de connaître les particularités des dépôts à savoir, le rythme, la variabilité, les taux et la nature des sédiments au cours de l'année étudiée. Elle passe par l'instrumentation du lac et des analyses en laboratoire. Trois pièges à sédiments (modèle conçu par l'INSA de Rennes et déposé à l'INPI) ont été installés dans le lac, en continu durant un an ; ils constituent "la seule technique permettant d'estimer le flux particulaire de sédimentation dans la colonne d'eau sur de courtes périodes d'étude" (D. BANAS, 2001), car la marge d'erreur est inférieure à 20 % (F. ROSA et al., 1994, in D. BANAS et al., 2002). Les taux moyens annuels sont exprimés en mm/an. Le matériel a été immergé à des endroits stratégiques en termes de morphologie lacustre, de bathymétrie et d'hydrodynamique (Fig. 4). Le sédimentomètre déposé en amont de la retenue est représentatif des plus faibles profondeurs et de la dynamique de l'Issoire, celui du centre, entre les deux méandres lacustres, caractérise les profondeurs intermédiaires moins soumises au courant fluvial, et le troisième, en aval, sert de référence aux profondeurs maximales (moins de 8 m) où la dynamique est principalement lacustre. Ces appareils, déposés sur le plafond, sont destinés à recueillir les matières qui décantent le long de la colonne d'eau sus-jacente. Leur relevé saisonnier présente l'avantage de mettre à jour l'évolution intra-annuelle de la sédimentation abyssale autant en termes quantitatif que qualitatif. En effet, les matières décantées et séchées au laboratoire de l'INSA de Rennes ont été analysées (matière sèche, teneur en matière organique, granulométrie laser, teneurs en eau et en matière sèche, en azote et phosphore totaux) et observées au microscope électronique à balayage (MEB) pour déterminer la nature et la texture des sédiments.

Figure 4 - Localisation et caractéristiques des sédimentomètres.

Figure 4 - Localisation et caractéristiques des sédimentomètres.

c. La morphologie et l'évolution littorale

12Entre terre et lac, la nappe d'eau lacustre modèle le contour de la cuvette, depuis 44 ans, grâce à son pouvoir d'érosion au sens large. Elle transforme les anciens versants de l'Issoire en littoraux. Si les modelés résultant de cette transformation ont largement été décrits par les limnologues (F.A. FOREL, 1892 ; A. DELEBECQUE, 1898 ; L.W. COLLET, 1925 ; B.H. DUSSART, 1966 ; L. TOUCHART, 2000), ce sont les microfalaises, les surplombs et encoches qui ont été particulièrement étudiés, dans le sens où ils livrent au lac des sédiments pouvant migrer jusqu'au fond. Cette livraison est trop souvent négligée dans les bilans sédimentaires, alors même que l'érosion littorale peut, parfois, participer pour près d'un tiers au comblement d'une cuvette (V. MALEVAL, 2002, 2010). De ce fait, pour affiner le bilan sédimentaire du lac de Saint-Germain, cette étude apporte des précisions sur la vitesse de recul des marges et sur leur participation au volume de sédimentation de la cuvette puisque, par érosion des berges, le lac lui-même est producteur de sédiments (V. MALEVAL, 2002, 2010). Pour acquérir ces données, l'étude morphologique a été menée en deux temps : la deuxième campagne de relevés topographiques est intervenue en octobre-novembre 2016, soit un an après la première. La comparaison des cotes permet alors d'évaluer les modifications morphologiques du littoral (hauteur des microfalaises, profondeur horizontale des berges sous-cavées notamment), mais aussi les rythmes d'érosion sur l'année étudiée. Ces dernières données ont été comparées aux calculs des vitesses moyennes annuelles de recul du littoral, obtenues en divisant les valeurs mesurées des encoches littorales (profondeur horizontale) par le nombre d'années d'existence du lac, soit 44 ans (le remplissage du lac, commencé fin 1971, s'est achevé en janvier 72). L'extrapolation donne inévitablement une vitesse d'évolution a minima en raison des limites des mesures de terrain (V. MALEVAL, 1999) : la ligne de rivage des berges sous-cavées (par exemple par la présence d'un arbre) est considérée comme étant à sa position de 1972, alors qu'il est probable que les limites originelles ont disparu (exemple d'une berge originelle dont le surplomb, creusé suite à la création du lac, s'est écroulé et a été déblayé depuis longtemps, par exemple dans les années 80). De plus, ces mesures (hauteur des microfalaises, profondeur des encoches et longueur de littoral) ont permis de calculer, dans MapInfo, le volume de sédiments érodés depuis 1972. Pour ce calcul, les portions littorales n'ayant plus ou pas de surplomb (ni donc d'encoche), mais seulement une microfalaise, ont été automatiquement placées dans la classe la plus faible de surplomb, donnant ainsi un volume a minima.

13Les rivages du lac sont taillés dans deux types de granite calco-alcalin : la majeure partie (Fig. 5) correspond au granite porphyroïde à deux micas dit "granite de Confolens", lequel vient au contact, à l'est du lac, du granite à biotite à gros grain dit "granite d'Esse" (J.P. CAPDEVILLE , 1983). Ces terrains granitiques, cataclasés en raison des contraintes tectoniques subies au cours du temps géologique, sont malgré tout résistants face aux attaques de l'eau lacustre lorsque la roche affleure. Ainsi, tout autour du lac, sur 6,56 km de rivage, 40 profils d'une longueur maximale de 2 m ont été effectués en septembre 2015 (Fig. 5) ; le littoral nord a fait l'objet de 33 profils en raison de sa tendance à être modelé par l'érosion, contrairement au littoral sud où la roche granitique saine affleure. La position des profils a été choisie en fonction des changements des modelés d'érosion observables et non selon un découpage du rivage en tronçons réguliers (V. MALEVAL, 2006). Le long des profils, les hauteur des microfalaises ont été relevées à l'aide d'une règle graduée munie d'un niveau à bulle, tous les 10 cm en moyenne dans le premier mètre, c'est-à-dire à proximité du trait de côte, puis tous les 20 cm en moyenne. Lorsque le rivage est sous-cavé, il a fait l'objet de mesures supplémentaires (profondeur des encoches) pour affiner les calculs de vitesse d'érosion et de volume. Pour la seconde campagne, l'emplacement des profils à remesurer était repérable sur le terrain par un pieu de bois coloré de peinture et une jalonnette en bambou qui se distingue bien dans le paysage. La principale limite de cette méthode réalisée sous l'eau, est la possibilité d'erreur dans la lecture de la mesure pouvant être liée à la présence, par exemple, de brindilles ou cailloux sous la règle graduée. Le traitement des données a été fait avec les logiciels Autocad, Illustrator et MapInfo.

Figure 5 - Localisation des profils topographiques en fonction de la lithologie littorale.

Figure 5 - Localisation des profils topographiques en fonction de la lithologie littorale.

IV - Résultats

1 ) Les apports au lac et les sorties du lac au cours d'une année

14Les débits de l'Issoire, mesurés au Pont Binot (sur la commune d'Esse) ont suivi une dynamique saisonnière classique (Fig. 6) : décroissants du mois d'avril à la fin juin, avec des cumuls hebdomadaires de 500 000 à 5 000 000 m3, les débits sont restés faibles (environ 140 000 m3/semaine en moyenne) jusqu'à la fin octobre, avant de regonfler. Cette reprise a été progressive (150 000 à 1 055 000 m3/semaine) puisque les mois de novembre et décembre ont été relativement secs. Ce n'est qu'à partir du début du mois de janvier que l'augmentation de la pluviométrie s'est traduite par une élévation des débits hebdomadaires (de 1 à 5 000 000 m3), avec une pointe à près de 11 000 000 m3 la semaine du 15 au 21 février 2016. Les débits de l'année hydrologique 2015-2016 étant proches de la médiane pour l'Issoire (45 %), la période étudiée peut être considérée comme représentative d'une année moyenne.

Figure 6 - Évolution hebdomadaire des débits de l'Issoire.

Figure 6 - Évolution hebdomadaire des débits de l'Issoire.

15De fait, les flux de MES, susceptibles de diminuer le volume utile des retenues, ont suivi, à l'entrée du lac, les variations saisonnières hydrologiques (Fig. 7) : les valeurs maximales ont été mesurées en période de hautes-eaux, à partir de l'augmentation des débits à la fin du mois de novembre 2015, avec des flux comprises entre 630 et 280 tonnes par semaine, lors des crues de janvier et février. Au cours de ces épisodes, la différence entre les flux entrant dans le lac et ceux sortant du lac était de 40 à 90 tonnes par semaine. Un stockage s'étant effectué, le lac a donc eu une fonction de rétention des sédiments, fonction généralement admise dans la littérature scientifique lorsqu'un barrage interrompt le continuum hydrologique (V. MALEVAL, 2002).

Figure 7 - Évolution hebdomadaire des flux de MES.

Figure 7 - Évolution hebdomadaire des flux de MES.

16Bien évidemment, les flux de MES entrant dans le lac étaient faibles au cours des périodes de basses-eaux : entre mai et octobre, ils n'étaient que de trois tonnes par semaine. En revanche, à la sortie du lac, les six tonnes mesurées par semaine indiquent une exportation nette, chaque semaine, de près de trois tonnes de matières organiques (plancton et sédiments fins). Le lac n'a donc pas exercé ici de fonction de rétention des sédiments. La raison tient au fait que Saint-Germain-de-Confolens étant un lac artificiel, "les débits, à son exutoire, sont régulés" et cette régulation se fait en fonction des besoins en eau, "et non en fonction de la pluviosité", ainsi que cela a déjà été mis en avant pour le lac de Saint-Pardoux en Limousin (V. MALEVAL, 2006).

17De la même façon, les flux maxima de phosphore total (Fig. 8) ont été mesurés au printemps 2015 (jusqu'à 630-690 kgP la semaine du 4 au 10 mai 2015) et au cours de l'hiver 2016 (de 740 à 1300 kgP lors des crues de janvier et février). En période de hautes eaux, les épisodes de stockage (sorties < entrées) ont été fréquents, provoquant l'immobilisation de près de 673 kg de phosphore dans le lac au printemps 2015 et en hiver 2016. À l'inverse, les basses eaux (été-automne) ont été caractérisées par une exportation nette quasi continue de phosphore total (sorties > entrées) atteignant en moyenne 7 kgP par semaine.

Figure 8 - Évolution hebdomadaire des flux de Phosphore total.

Figure 8 - Évolution hebdomadaire des flux de Phosphore total.

18Les flux de phosphore dissous ont suivi le même type d'évolution que ceux du phosphore total (Fig. 9) : les valeurs maximales ont été mesurées au printemps 2015 et en hiver 2016 ; 45 et 300 kgP transitaient chaque semaine par la retenue. Toutefois, pendant la période la plus chaude de l'été 2015 (de début juin à la fin juillet), l'exportation nette de 1 à 4 kgP par semaine, indique que le lac en produisait (relargage par les sédiments) des quantités supérieures aux capacités d'assimilation de la flore. Sur cette période, les concentrations ont varié de 55 à 73 µgP/l en amont et de 52 à 84 µgP/l en aval, alors que, pour les autres campagnes, elles n'ont pas dépassé 27 µgP/l.

Figure 9 - Évolution hebdomadaire des flux de phosphore dissous.

Figure 9 - Évolution hebdomadaire des flux de phosphore dissous.

19Pour le phosphore particulaire, un pic notable a été observé en janvier (Fig. 10) : 165,4 µgP/l en amont et 116,4 µgP/l en aval. Le reste de l'année les concentrations sont restées comprises entre 14,9 µgP/l et 94,7 µgP/l en amont et entre 25,9 µgP/l et 81,1 µgP/l en aval. En dehors de la période estivale, la retenue exportait du phosphore particulaire, contenu dans la biomasse algale et les sédiments.

Figure 10 - Évolution des valeurs mensuelles du phosphore (total, dissous et particulaire).

Figure 10 - Évolution des valeurs mensuelles du phosphore (total, dissous et particulaire).

20Pour l'azote, deux formes minérales ont été représentées : les nitrates et l'ammonium (Fig. 11). Hormis en septembre où la valeur des nitrates était nettement plus élevée en amont, les teneurs ont été assez similaires en amont et en aval : elles ont légèrement augmenté d'avril à août, puis ont diminué régulièrement jusqu'en novembre pour atteindre un minimum de 2,1 mgN/l en amont et 1,2 mgN/l en aval. Après une augmentation rapide de la concentration de novembre à janvier, jusqu'à un maximum de 5,9 mgN/l en amont et 6,3 mgN/l en aval, il y eut une nouvelle diminution (4,2 mgN/l dans les deux stations).

Figure 11 - Évolution des valeurs mensuelles du nitrate et de l'ammonium.

Figure 11 - Évolution des valeurs mensuelles du nitrate et de l'ammonium.

21En amont, les concentrations d'ammonium ont été constantes sur l'ensemble du suivi, avec des valeurs inférieures à 0,06 mgN/l. En revanche, en aval, le relargage permet d'expliquer l'augmentation observée d'avril (0,04 mgN/l) à juin (0,20 mgN/l), ainsi que les teneurs de septembre et octobre. Le pic de novembre (0,50 mgN/l) pourrait correspondre à l'exportation de vases par la retenue suite aux remises en suspension de particules fines lors des premières crues, ou au relargage lié à l'anoxie des eaux profondes.

22Enfin, pour les métaux, fer et manganèse, les teneurs dans les lacs sont un indicateur de l'impact des sédiments sur la qualité des eaux (Fig. 12) et permettent de mettre en évidence d'éventuelles sources de nutriments par diffusions, remises en suspension ou relargages.

Figure 12 - Évolution des valeurs mensuelles du fer et du manganèse.

Figure 12 - Évolution des valeurs mensuelles du fer et du manganèse.

23Les résultats pour le fer ont montré des concentrations généralement supérieures en aval, révélatrices d'un relargage quasi permanent par le lac, notamment lors de la période chaude. Les teneurs observées ont varié entre 629 µg/l (en novembre) et 2770 µg/l (en janvier) en amont et entre 1056 µg/l (novembre) et 2768 µg/l (janvier) en aval.

24Pour le manganèse, le relargage a eu lieu d'avril à décembre, puis a repris en mars, avec des concentrations comprises entre 27 µg/l (en mars) et 128 µg/l (en juillet) en amont et entre 62 µg/l (en février) et 335 µg/l (en août) en aval.

2 ) La bathymétrie du lac de Saint-Germain-de-Confolens

a. La cartographie des fonds

25Les données bathymétriques de terrain ont permis de représenter les épaisseurs de l'envasement du plafond lacustre (Fig. 13). Globalement, dans le sens longitudinal, les épaisseurs de sédiments, qui peuvent atteindre jusqu'à 3,45 m, décroissent vers l'aval du lac. L'amont est donc la zone où les épaisseurs sont les plus fortes et la partie émergée du delta de l'Issoire, devenue une île arborée, en témoigne ; l'observation des images aériennes permet de savoir que le delta a commencé à émerger au début des années 1990 et n'a cessé depuis, d'augmenter sa superficie (3,55 ha en 2014), "résultat de l'obédience dans laquelle le bassin d'alimentation tient chaque lac" (L. TOUCHART, 2000, p. 149). Dans le sens transversal, les épaisseurs croissent du bord vers le fond du lac, car les dépôts ne peuvent s'effectuer sur les pentes sous-lacustres trop inclinées : ils sont rares sur des pentes de 4-5 % (L. HÅKANSON, 1984). De ce processus de sédimentation, ressortent deux phénomènes : 1/ l'ensemble de la périphérie lacustre est ceinturé par la plage de couleur claire représentant la classe d'épaisseur la plus faible (jusqu'à 50 cm) et 2/ le lac ayant la forme de la vallée qu'il a ennoyée, les zones aux dépôts les plus épais ne se trouvent pas forcément dans l'axe central du lac, mais à proximité de la rive sud, dans les méandres de Cul-de-Sac et de Bellevue, et de la rive nord du méandre des Barrières. Ce tracé suit naturellement le lit mineur originel de l'Issoire, zone de sédimentation préférentielle puisqu'en premier lieu, les dépôts comblent les modelés en creux (V. MALEVAL et A. JIGOREL, 2002).

Figure 13 - MNT de l'envasement de la cuvette lacustre de Saint-Germain-de-Confolens.

Figure 13 - MNT de l'envasement de la cuvette lacustre de Saint-Germain-de-Confolens.

26À l'issue de cette étude, le volume total des sédiments accumulés depuis 1972 (44 ans) a été calculé à 297 642 m3, représentant 40,2 % de la capacité totale de la retenue. Les bathymétries antérieures avaient estimé l'envasement à 190 000 m3 en 1994, soit 25,6 % de la capacité, et à 345 900 m3 en 2001, soit 46,7 % de la capacité (M. LE SAOUT, 2001). Il est illogique de trouver un envasement en 2001 supérieur à celui d'aujourd'hui et correspondant à une perte de moitié de capacité de la retenue en l'espace de seulement 29 ans. Cela peut être expliqué en évoquant deux hypothèses : 1/ un nombre de profils insuffisant en 2001 comme en 2015, avec pour conséquence une mauvaise estimation des volumes de sédiments, et 2/ un problème de méthode ayant conduit en 2001 à intégrer dans le volume retenu une partie des alluvions originelles. Les difficultés méthodologiques étant ce qu'elles sont, c'est la prochaine bathymétrie, d'ici quelques années, qui permettra, peut-être, de donner la bonne estimation.

b. La distribution des sédiments

27Classiquement, la répartition des sédiments à l'intérieur de la cuvette, qui se fait en fonction de la granulométrie (Fig. 14), révèle trois secteurs (Fig. 15) fréquemment rencontrés dans les lacs (V. MALEVAL, 2002, 2010 ; L. GUERTAULT, 2015) :

  • En queue de retenue, à l'embouchure de l'Issoire, dans le lac où la colonne d'eau est peu profonde (jusqu'à 60 cm), se trouvent les sédiments les plus grossiers, principalement des sables, provenant de l'érosion du bassin versant ; ils sont portés et déposés par la rivière lorsqu'elle pénètre dans la nappe d'eau lacustre et, progressivement, modèlent le delta. Ce modelé caractérisé à Saint-Germain par une longue digitation émergée avançant rapidement, résulte "d'un apport massif de sédiments et d'une agitation lacustre assez faible" (L. TOUCHART, 2000, p. 151). Cette zone amont comblée à 83 % du volume théorique et où l'épaisseur de sédiments est comprise entre 95 cm et 1,60 m, montre bien la dominance des processus continentaux, à savoir "l'influence tyrannique des bassins versants sur les organismes lacustres, le caractère éphémère de la plupart des lacs et leur destin de comblement" (L. TOUCHART, 2000, p. 151-152).

  • Dans le secteur médian, l'épaisseur des dépôts est comprise entre 75 cm et 1,55 m, mais elle atteint 2,55 à 3,10 m dans l'ancien lit fluvial. Les sédiments, à la granulométrie plus fine (de type sables fins, argiles et limons), sont de nature différente : détritique, provenant de l'érosion du bassin versant et de l'érosion littorale, et biogène (exemple de la biomasse planctonique produite dans le lac pendant l'été puis qui décante, à sa mort, à partir de l'automne). Le taux de comblement du secteur central atteint 43 % du volume théorique.

  • En tête de retenue, du méandre de Bellevue au barrage, là où la colonne d'eau est la plus profonde (de 3,10 m à 4,55 m), l'épaisseur de sédiments est la plus faible (de 60 à 90 cm), d'où un taux de comblement équivalent à 17 % du volume théorique. Les sédiments de type vase, détritiques et biogènes, y sont les plus fins.

Figure 14 - Courbes granulométriques des sédiments des trois stations lacustres.

Figure 14 - Courbes granulométriques des sédiments des trois stations lacustres.

Figure 15 - Évolution longitudinale des épaisseurs moyennes et maximales de sédiments (bathymétrie 2015).

Figure 15 - Évolution longitudinale des épaisseurs moyennes et maximales de sédiments (bathymétrie 2015).

c. Le volume total d'eau

28D'un volume initial de 740 000 m3 d'eau, la figure 16 permet de se rendre compte, au fil des années, de la perte de capacité totale de la retenue de Saint-Germain. Aujourd'hui, son volume d'eau étant de 442 358 m3, le lac a perdu, en l'espace de 40 ans, 297 642 m3 suite à son comblement par les sédiments, soit 40,2 % du volume initial du lac.

Figure 16 - Courbe de remplissage du lac de Saint-Germain depuis sa création.

Figure 16 - Courbe de remplissage du lac de Saint-Germain depuis sa création.

Le volume d'eau de 2001 est inférieur à celui de 2015 (94100 m3, contre 442 358 m3) pour les mêmes raisons que celles notées dans le paragraphe consacré à la cartographie des fonds.

29Les nouvelles caractéristiques morphométriques du lac de Saint-Germain-de-Confolens apparaissent dans le tableau II.

Tableau II - Comparaison des caractéristiques du lac de Saint-Germain-de-Confolens.

Tableau II - Comparaison des caractéristiques du lac de Saint-Germain-de-Confolens.

3 ) Le suivi sédimentaire en continu au cours d'une année

a. Les taux de sédimentation

30Les taux maxima de sédimentation (Fig. 17) ont été mesurés en amont du lac (sédimentomètre 1) lors des hautes eaux (printemps 2015 et hiver 2016) et ont atteint jusqu'à 38 kg/m2 de sédiments secs (entre 24 et 38 kg sur l'année), ce qui correspond à une épaisseur maximale de sédiments frais de 7 cm (valeurs entre 4 et 7 cm). L'été et l'automne, plus secs, ont été marqués par une sédimentation plus importante dans les secteurs médian et aval (sédimentomètres 2 et 3), avec respectivement 32 et 21 kg/m2 de sédiments secs, soit 4 à 6 cm de sédiments frais. Le cumul des relevés trimestriels permet ainsi d'évaluer la sédimentation dans le lac de Saint-Germain à 75 kg/m2 en amont, 62 kg/m2 dans le secteur central, et 41 kg/m2 en aval. Ces taux correspondent respectivement à des volumes de 1386, 1180 et 745 m3/ha, pour un total de 17960 m3/an.

Figure 17 - Évolution saisonnière des taux de sédimentation des trois stations lacustres (2015-2016).

Figure 17 - Évolution saisonnière des taux de sédimentation des trois stations lacustres (2015-2016).

b. La texture des sédiments piégés

31Globalement, les analyses des sédiments contenus dans les fûts des pièges montrent une granulométrie remarquablement homogène, aussi bien d'amont en aval que d'une saison à l'autre. En effet, les sédiments collectés sont majoritairement des limons fins (grains moyens compris entre 7 et 14 µm ‒ Fig. 18).

Figure 18 - Évolutions longitudinale et saisonnière des sables contenus dans les fûts.

Figure 18 - Évolutions longitudinale et saisonnière des sables contenus dans les fûts.

32Dans le détail, cette figure permet d'observer un gradient longitudinal, dans la mesure où la fraction minoritaire des sables passe de 22 % en amont à 9 % en aval. Ces éléments grossiers ont été déposés en plus grande quantité au cours de l'hiver (de 12 à 40 %, avec une moyenne de 26 %) et en en moins grande quantité lors de l'été (de 4 à 14 %, pour une moyenne de 9 %). Lors de cette saison, ce sont les courants de turbidité qui apportent au plafond central et aval du lac les sédiments fluviatiles plus grossiers, dérangeant ainsi "la sédimentation calme et fine" (L. TOUCHART, 2000, p. 154). La présence de cette fraction sableuse, même minoritaire, illustre la dynamique saisonnière.

33Ainsi les taux de sédimentation et la texture des sédiments montrent-ils la superposition d'un gradient longitudinal et d'une dynamique saisonnière marquée, illustrés par les deux phases de fonctionnement d'un lac eutrophe :

  • Lors des hautes eaux, le transport de matières grossières (sables, débris végétaux), qui se déposent préférentiellement dans la zone amont du lac et contribuent à l'aggradation du delta. Ce gradient sédimentaire longitudinal décroissant rencontré au lac de Saint-Germain-de-Confolens est un processus classique d'évolution des lacs constaté par différents auteurs (J. BLOESH et U. HUELHINGER, 1986 ; J.L. PEIRY, 1988 ; N. KOREN et M. KLEIN, 2000 ; D. BANAS, 2001 ; V. MALEVAL, 2002, 2010).

  • Lors des périodes de basses eaux, la sédimentation d'éléments majoritairement fins organiques issus de la production interne du lac (plancton). Toutefois, au cours d'épisodes orageux, il peut se produire des redistributions ponctuelles de sédiments détritiques, qui n'apparaissent pas dans le suivi trimestriel des sédimentomètres.

c. La composition des sédiments piégés et les variations saisonnières

34Globalement, les résultats des analyses de l'azote, du phosphore et du carbone organique totaux (Fig. 19) montrent que les différences relevées entre l'amont et l'aval sont très peu significatives. Cela peut s'expliquer par le temps de séjour faible des eaux lacustres (en moyenne 16 jours de mai à octobre), qui restreint la gradation des propriétés chimiques des sédiments. Cependant les caractéristiques communes à la plupart des lacs eutrophes ont été relevées. D'une part, les teneurs en matières organiques sont toujours maximales dans la station amont, qui collecte les débris végétaux du bassin versant lors des périodes de hautes eaux et héberge le maximum de microflore en basses eaux. D'autre part, il existe une tendance à l'augmentation des teneurs en azote et phosphore vers l'aval. Cette augmentation correspond aux dépôts renfermant une plus forte fraction d'éléments fins détritiques (argiles et limons) ou organiques (cellules planctoniques) dont la structure contient des teneurs élevées en nutriments échangeables.

Figure 19 - Évolution saisonnière des teneurs en carbone organique total (COT), phosphore total (P total) et azote total KJELDAHL (NTK) des sédiments piégés.

Figure 19 - Évolution saisonnière des teneurs en carbone organique total (COT), phosphore total (P total) et azote total KJELDAHL (NTK) des sédiments piégés.

4 ) Les processus littoraux

35Dans un lac encaissé et de petite superficie comme celui de Saint-Germain-de-Confolens, "la surface de l'eau est souvent parfaitement étale" (L. TOUCHART, 2002, p. 195). Pour autant, il n'en demeure pas moins vrai que depuis 1972, la nappe d'eau animée de multiples mouvements modèle les anciens versants de l'Issoire en littoral lacustre. Ce modelage, principalement réalisé par les vagues générées par le vent et matérialisé par les formes d'érosion littorale classiques (microfalaises, surplombs et beines d'érosion), participe, en partie, au comblement du lac.

a. Les modelés et les vitesses d'érosion

36En règle générale, les mesures des campagnes de terrain ont permis de constater que les littoraux ne subissent pas une forte érosion, car la plus haute microfalaise fait 52 cm (profil 19) et la plus marquée atteint 1,80 m (profil 29). Une grande partie des microfalaises (60 %) ont entre 10 et 25 cm de haut et représentent plus de la moitié du linéaire littoral (58,4 %), tandis que 70 % ont une petite encoche profonde de 20 à 70 cm (Tab. III).

Tableau III - Mesures relatives aux microfalaises.

Tableau III - Mesures relatives aux microfalaises.

* : les pourcentages ne se basent que sur le cumul des longueurs affectées sur chaque profil, soit 2043 m et 2062 m respectivement (hors delta, barrage et littoral rocheux). La hauteur des microfalaises est mesurée depuis le haut de la berge jusqu'au fond à l'aplomb de la berge.

37De manière globale, la figure 20 matérialisant l'évolution du littoral de Saint-Germain-de-Confolens fait apparaître que la vitesse moyenne de recul est seulement de quelques centimètres par an, le maximum atteignant 4,09 cm (profil 29). La classe la plus courante est celle dont la vitesse d'érosion annuelle est comprise entre 1 et 2 cm et concerne 45,21 % du linéaire littoral (Tab. IV). Si ces moyennes annuelles donnent un ordre de grandeur, il convient toutefois de signaler que l'érosion est plus active dans les dix premières années de vie d'un lac (V. MALEVAL, 2006). Le recul, par modelage des anciens versants, qui s'opère depuis plus de 40 ans, se poursuivra jusqu'à ce que le littoral de Saint-Germain atteigne un certain équilibre ; cet équilibre ne peut être atteint qu'après de longues années (B.H. DUSSART, 1974, in E. BÉNÉDETTI-CROUZET et B.H DUSSART, 1979).

Figure 20 - Estimation de la vitesse moyenne d'évolution du littoral de Saint-Germain-de-Confolens.

Figure 20 - Estimation de la vitesse moyenne d'évolution du littoral de Saint-Germain-de-Confolens.

Tableau IV - Données relatives à l'évolution littorale.

Tableau IV - Données relatives à l'évolution littorale.

* : pourcentages effectués sur le cumul des longueurs affectées sur chaque profil. ** : pourcentages effectués sur l'ensemble du littoral (6,56 km).

38Le recul des littoraux sous l'effet de l'érosion est un phénomène quasi général dans le lac de Saint-Germain. En effet, contrairement à ce que l'on observe habituellement sur les littoraux lacustres (ou océaniques), aucun modelé d'aggradation n'y a été identifié en dehors du delta de l'Issoire tout en amont. Il apparaît ainsi vraisemblable que la plus grande part des sédiments érodés du littoral lacustre se déposent sur les pentes sous-lacustres jusqu'au fond de la cuvette, tandis que les plus fins peuvent être emportés en aval du lac.

b. Le volume de sédiments érodés

39Les littoraux érodés ont participé et participent à l'envasement du lac de Saint-Germain-de-Confolens, suite à la prise en charge par l'eau lacustre, la redistribution dans la masse d'eau et la décantation dans les secteurs calmes, des sédiments littoraux. Mais, compte tenu de la faible érosion qui s'opère sur les rivages lacustres de Saint-Germain, le volume érodé depuis la création du lac est plutôt faible. En effet, depuis 1972, seulement 369,6 m3 de sédiments ont été arrachés au littoral, soit une moyenne annuelle de 8,4 m3. Mais il ne s'agit que d'une moyenne et il faut garder à l'esprit que l'ablation la plus forte se produit au cours des 10 premières années après la création d'un lac. Il s'agit là d'un phénomène classique, rencontré dans la plupart des réservoirs (V. MALEVAL, 2002, p. 115). Il convient aussi de rappeler que les valeurs du volume érodé, en raison de la limite de la méthode d'évaluation de l'érosion littorale (les littoraux sans encoche ont été automatiquement placés dans la classe la plus faible d'évolution), sont des valeurs a minima (cf. méthodologie) ; du coup, le cubage du volume érodé est sans doute sous-évalué. Quoi qu'il en soit, le volume de littoral érodé ne représente que 0,12 % du volume total de sédiments présent dans la cuvette lacustre (297 642 m3). Comparée à la sédimentation annuelle, évaluée à 17960 m3, la participation des 8,4 m3 provenant des marges lacustres est mineure (0,05 %).

40Cette étude géomorphologique du lac de Saint-Germain-de-Confolens révèle donc une réduction de la superficie du lac en raison de la progression deltaïque, et une diminution de sa profondeur du fait de la sédimentation sur le plafond.

V - Discussion sur la dynamique et le bilan sédimentaire du lac

41L'étude des entrées et des sorties du lac met en évidence la dynamique des échanges entre le lac et son bassin-versant : à l'image de plus de 91 % des eaux superficielles françaises (D. BANAS et al., 2016), l'Issoire participe significativement à la dégradation de la qualité des eaux du lac. Une étude comparative des flux dans les différents sous-bassins versants a montré que ceux qui y contribuent le plus, sont surtout localisés dans la partie la plus proche du lac, celle qui concentre la plus forte pression agricole, la plus forte concentration de population ainsi que les plus fortes pentes (jusqu'à 11°). Ces affluents représentent seulement 16 % de la superficie du bassin, mais ils apportent 28 % au total des flux d'éléments arrivant à l'Issoire (V. MALEVAL et F. PITOIS, soumis). Dans le détail, leur participation est élevée pour les métaux (16-17 % du fer et du manganèse) et la matière organique (20 % du carbone organique total) et elle est critique pour l'azote (25 % de l'azote organique, 37 % des nitrites), le phosphore (37 % du P total) et le phytoplancton (22 % du total).

42Le suivi en continu sur une année montre des taux de sédimentation cumulés particulièrement élevés sur le premier semestre (printemps-été) : de 31 à 34 kg/m2 dans les secteurs amont et aval, soit 5,6 à 6,3 cm respectivement, et jusqu'à 41 kg/m2 dans le secteur central, soit 8 mm. Puis la situation s'est modifiée au cours du second semestre (automne-hiver), avec des taux de près de 40 kg/m2 en amont (7,6 mm), 20 kg/m2 en secteur central (3,7 mm) et 10 kg/m2 en aval (1,8 mm). Les courbes granulométriques (voir Fig. 14) montrent une grande homogénéité de l'amont vers l'aval : même si la station amont se distingue par une part plus abondante de sables fins (15 à 40 % selon la saison), les trois stations sont caractérisées par une grande richesse en particules fines, les limons constituant 65 à 85 % des dépôts. Les sédiments déposés pendant les hautes eaux sont essentiellement des matériaux minéraux provenant de l'érosion du bassin versant. Sur l'année étudiée, les dépôts mesurés donnent un taux de comblement moyen de 11 cm/an. Cette valeur est 5 à 10 fois plus élevée que celles trouvées pour des lacs eutrophes de Bretagne (J.P. ANDRIEU et al., 1997 ; A. JIGOREL et al., 2005) et 36 fois que celle obtenue pour le lac de Saint-Pardoux (V. MALEVAL et A. JIGOREL, 2002), situé non loin, en Haute-Vienne, lac oligotrophe au bassin d'alimentation forestier et peu urbanisé.

43La comparaison avec les bathymétries antérieures montre que les taux mesurés en 2015-16 sont similaires à ceux mesurés entre 1994 et 2001. En effet, ces derniers étaient de 24000 m3/an (17960 m3 pour 2015-16), alors que ceux pour la période 2001-2015 n'étaient que de 7934 m3/an (Fig. 21).

Figure 21 - Évolution longitudinale du taux de comblement depuis 1994 du lac de Saint-Germain.

Figure 21 - Évolution longitudinale du taux de comblement depuis 1994 du lac de Saint-Germain.

44Les taux mesurés par piégeage en 2015 correspondent à des dépôts bruts potentiels. Ils ne sont donc pas représentatifs de la dynamique sédimentaire d'un lac soumis à des phases d'érosion au sens large, c'est-à-dire : 1/ de dépôt (lors des étiages, des décrues, des successions d'années sèches), 2/ de reprise en charge (au cours des orages, du batillage ou avec la dynamique de fond ‒ courants turbides) et 3/ d'érosion stricto sensu (au moment des crues ou des chasses par exemple). De plus, cette étude a eu lieu pendant une année légèrement plus sèche que la médiane hydrologique de la période 2001-2015. Les résultats sont donc relativement représentatifs de la dynamique récente du lac depuis la bathymétrie précédente. Par conséquent, le taux de comblement moyen pour 2001-2015 étant de 7934 m3/an, il est possible de considérer que les 17960 m3 déposés en 2015-16 (dans les pièges) représentent près de 8000 m3 de dépôts "définitifs" et qu'en moyenne environ 10000 m3 sont exportés chaque année de la retenue à l'occasion des crues et du soutirage de l'eau par les vannes de fond. Ces pertes, qui limitent le taux d'envasement effectif de la retenue, se traduisent par exemple par des courants turbides.

45L'évolution de la profondeur du chenal, obtenue par comparaison avec les bathymétries précédentes (Fig. 22), est intéressante. Elle montre que la sédimentation était préférentiellement localisée en secteur amont entre 1994 et 2001, avant de se déplacer vers l'aval au fur et à mesure du comblement et de l'atterrissement du delta de l'Issoire.

Figure 22 - Évolution longitudinale de la profondeur du chenal depuis 1994 dans le lac.

Figure 22 - Évolution longitudinale de la profondeur du chenal depuis 1994 dans le lac.

46L'emballement de la sédimentation depuis 1994 ne peut certainement pas être expliqué uniquement par des facteurs hydrologiques. L'origine de cette accélération peut être liée à plusieurs facteurs conjugués : entre autres, les modifications de gestion hydraulique de la retenue, à savoir l'utilisation moins fréquente des vannes de fond pouvant créer un effet de chasse, l'augmentation des stocks de nutriments dans le lac et l'emballement des processus d'eutrophisation, les modifications de l'usage des sols et des pratiques agricoles dans le bassin d'alimentation. En effet, le phénomène de concentration des exploitations agricoles du Confolentais, qui a commencé dans les années 1960-70 et s'est accéléré à partir de 1988 (J.F. MAILLOCHAUD, 2006), a "souvent négligé les aspects environnementaux au seul profit des aspects agricoles" (J.F. MAILLOCHAUD, 2006, p. 8). Ces restructurations ont donc été accompagnées d'un apport massif de fertilisants (B. SAVY, 2006), d'arrachage de haies malgré leurs atouts précieux dans la conservation des sols (F. LIAGRE, 2006) ou encore d'arasement de talus nécessaires au captage des polluants migrant en surface.

47Les zones de sédimentation active sont donc en cours de déplacement vers l'aval de la retenue (Fig. 23) : si, entre 1994 et 2001, les taux de comblement maxima pouvaient atteindre 8 à 12 cm/an en amont du lac, ils sont devenus ensuite plus faibles (de 4 à 6 cm/an) et surtout se sont concentrés au centre du lac, puis en aval. Ce phénomène se traduit par une épaisseur de sédiments plus élevée dans le lit originel. Un point important doit être souligné : si le comblement du lac s'est accéléré à partir de 1994 pour se stabiliser depuis 2001, les mesures réalisées en 2015-16 montrent que le taux de sédimentation brut est toujours aussi important. De fait, seul l'état actuel de comblement du lac, en accélérant le passage des crues et en amplifiant l'exportation d'une partie des sédiments, permet de maintenir un taux de sédimentation stable, estimé à 7934 m3/an. Si le suivi de la sédimentation abyssale permettra de connaître véritablement son évolution, les caractéristiques morphométriques (volume d'eau de 442 357 m3 et taux de comblement annuel de 7934 m3) donnent une espérance de vie au lac de 55 ans, soit un comblement total en 2071. En 2001, la précédente bathymétrie concluait à un envasement total du lac aux environs des années 2030 (M. LE SAOUT, 2001).

Figure 23 - Schématisation de la progression vers l'aval des zones de sédimentation active.

Figure 23 - Schématisation de la progression vers l'aval des zones de sédimentation active.

48Les deux origines des sédiments dans un lac (allochtone, issue des tributaires, et autochtone, provenant des marges et de la vie biologique) ayant été calculées au cours de l'étude, il est possible de connaître le bilan sédimentaire du lac de Saint-Germain (V. MALEVAL, 2002, 2006). En effet, les apports annuels de l'Issoire étant estimés à 3755 m3 (suivi hebdomadaire des MES), les apports des marges à 8,4 m3 (volume érodé du littoral) et les apports biogènes à 524 m3 (suivi hebdomadaire du plancton qui entre et sort du lac comparé au suivi mensuel du plancton à l'intérieur du lac), le bilan sédimentaire annuel serait de 4287 m3. Toutefois ce résultat est éloigné de celui du comblement annuel, estimé à 7934 m3 (taux moyen entre 2011 et 2015). La différence provient essentiellement de deux paramètres : l'échelle temporelle (bilan effectué avec les données récoltées sur l'année d'étude, alors que le volume de comblement est une moyenne sur 5 ans) et les limites des méthodes utilisées, comme la non-évaluation des transports fluviaux par saltation ou charriage, la sous-estimation du volume littoral érodé ou encore la réduction des apports biologiques au seul phytoplancton. Ainsi, plutôt que des chiffres, il convient de voir ce bilan en termes d'ordres de grandeur (Fig. 24) montrant la prédominance des apports du bassin versant (87,6 %). L'ordre de grandeur des apports biogènes, calculé à 12,2 %, est confirmé par le pourcentage moyen annuel de la MO, à savoir 11,3 % (moyenne des mesures de MO, par perte au feu, des sédiments récupérés dans les sédimentomètres) ; il convient ici de mentionner que dans une précédente étude (V. MALEVAL, 2006), les pourcentages de MO avaient déjà confirmé le pourcentage des apports biogènes qui, pourtant, n'avaient pas été mesurés (donnée manquante dans l'équation du bilan). Ainsi, réduire les apports biologiques à l'étude du seul phytoplancton donne un résultat convenable. Par conséquent, pour expliquer la différence entre le bilan sédimentaire et le comblement annuel, il reste deux variables. Mais, puisque l'érosion littorale, même sous-évaluée dans ce bilan, est marginale, il semblerait fortement que la variable sous-évaluée du bilan soit les apports de l'Issoire, non des MES puisqu'elles ont été mesurées, mais des sédiments arrivant par les processus de saltation et de charriage. Cette hypothèse est confirmée non seulement par le grand développement du delta de l'Issoire, mais également par la proportion non négligeable de sables (de 20 µm à 2 mm) récupérés dans les sédimentomètres (jusqu'à 40 %). Ainsi, si pour certains lacs, en fonction de leur environnement et de leur fonctionnement, l'évaluation des apports allochtones par les seules MES est justifiée (F.A. FOREL, 1892 ; L.W. COLLET, 1925 ; F. FOURNIER, 1960), pour d'autres comme celui de Saint-Germain-de-Confolens où le bassin versant, vaste et agricole, a subi d'intenses transformations suite aux remembrements (V. MALEVAL et F. PITOIS, soumis), il peut être nécessaire de mesurer les autres modes de transport fluvial. De fait, appliquer les méthodes géomorphologiques classiques qui cherchent à prévoir le comblement des cuvettes lacustres à partir de la seule étude de l'érosion du bassin versant, est ici possible (F.E. DENDY et al., 1973 ; J.W. ROEHL et J. HOLEMAN, 1973). Selon L. CHASSIOT (2015), le ratio entre la surface occupée par le bassin versant et la surface occupée par le plan d'eau conditionne la sédimentation de fond via la production autochtone et le flux allochtone : la comparaison des ratios pour Saint-Germain (1372) et Saint-Pardoux (24) explique, dans les bilans, la différence des apports par les tributaires (plus conséquents pour le lac de Saint-Germain). De plus, si pour certains lacs, comme Saint-Pardoux en Haute-Vienne, les apports littoraux peuvent représenter près d'un tiers des apports totaux (V. MALEVAL, 2006), pour d'autres, comme Saint-Germain-de-Confolens, ce n'est pas le cas. Cette énorme différence, qui peut surprendre, dans le sens où ces deux lacs ont sensiblement le même âge et sont dans des conditions environnementales semblables (géologie, géomorphologie et climat), est le fait de la morphométrie lacustre caractéristique du lac de Saint-Germain. En effet, si Saint-Pardoux est composé de multiples bassins larges et multilobés (création en modelé alvéolaire), la forme en plan de Saint-Germain, longiligne à forte sinuosité et de faible largeur, ne permet pas aux vents dominants de directions très différentes d'avoir un fetch important à la surface du lac (maximum de 650 m contre 2450 m pour Saint-Pardoux), et donc d'initier une vive érosion littorale.

Figure 24 - Origine des sédiments du lac de Saint-Germain-de-Confolens.

Figure 24 - Origine des sédiments du lac de Saint-Germain-de-Confolens.

49L'envasement de la cuvette de Saint-Germain-de-Confolens étant principalement le fait des apports allochtones, il est juste de dire que le bassin versant exerce une pression tyrannique sur ce lac à vocation d'alimentation en eau potable. Cela, mais aussi l'absence de sédimentation littorale et la répartition caractéristique de la sédimentation abyssale, sont bien le résultat du fonctionnement hydrodynamique, de la superficie et de la géomorphologie du lac, en lien avec les apports de l'Issoire issue d'un vaste bassin versant. L'hydrologie a donc une influence très forte sur le fonctionnement lacustre.

VI - Conclusion

50Les résultats fournis par les différentes méthodes de ce protocole d'étude ont mené au diagnostic hydro-sédimentaire du lac de Saint-Germain-de-Confolens, c'est-à-dire à la connaissance relativement complète de son fonctionnement et de son évolution morphologique, autant en termes de quantification que de bilan. Pour l'aide à la gestion de ce milieu aquatique destiné à l'AEP, l'approche sédimentologique a été au cœur de la réflexion et les acquis les plus importants sont de trois types :

  • Le lac a perdu 42 % de sa capacité utile en raison de la sédimentation estimée à 8000 m3/an en moyenne

  • Via l'Issoire, le bassin versant dont l'occupation est majoritairement agricole, amène au lac des flux significatifs de matières (sédiments et nutriments en particulier), sources de sédimentation de la cuvette et de dégradation de la qualité de l'eau lacustre par eutrophisation.

  • La masse d'eau, pourtant aérée depuis 1996 à partir du printemps, ne contribue pas à éliminer les relargages (fer, phosphore et ammoniaque) depuis les sédiments. Ce processus a alors un impact important sur la qualité des eaux du lac, mais également sur l'eutrophisation du cours de la Vienne, en aval de sa confluence avec l'Issoire à 700 mètres du barrage.

51 Ainsi le fonctionnement interne du lac s'explique-t-il non seulement par son individualité géographique, mais également par son bassin d'alimentation (L. TOUCHART, 2002), tant les résultats montrent l'importance des échanges entre le bassin et le lac. Dans cette étude, les échanges révèlent les conflits d'usages qui peuvent exister lorsque le bassin d'un lac destiné à l'alimentation en eau potable est agricole et que les agriculteurs sont peu sensibilisés à leur impact sur l'environnement (V. MALEVAL et F. PITOIS, soumis). Cette approche permet donc de comprendre l'impact des activités humaines sur le fonctionnement du lac et sur la qualité de la ressource en eau potable (F. THÉVENON et al., 2014). En effet, dans un contexte de pressions agricole et humaine croissantes, le limnosystème est de plus en plus influencé par les forçages anthropiques locaux : en modifiant son environnement, "l'Homme devient donc un agent géologique majeur dans la dynamique sédimentaire, sur des aspects à la fois quantitatif et qualitatif" (L. CHASSIOT, 2015, p. 309).

52Ces résultats, qui rendent compte en partie de la récurrence des problèmes de potabilité observés par le gestionnaire, sont une aide à la décision pour la sauvegarde du lac et de sa fonction exclusive d'AEP, par la préconisation de mesures de protection visant à diminuer les pressions anthropiques et améliorer la qualité de l'eau destinée à la consommation. Dans le cadre du développement durable, il conviendrait, dans un premier temps, de sensibiliser les agriculteurs sur leurs pratiques et les dégradations générées, afin de réduire l'érosion des sols. Cette sensibilisation apparaît comme la solution la plus efficace et la moins coûteuse à mettre en œuvre, à condition que les agriculteurs soient volontaires. Dans un second temps, il pourrait être envisagé des travaux destinés à retenir les sédiments dans la partie deltaïque du lac (A. JIGOREL et al., 2003) : deux merlons ou levées de terre seraient modelés perpendiculairement au courant pour bloquer les apports solides de l'Issoire. Ceux-ci tomberaient ainsi dans des fosses creusées au préalable juste en amont des levées (Fig. 25). La première fosse, d'une capacité de collecte de 15000 m3 récupèrerait les matériaux les plus grossiers, la seconde, d'une capacité similaire, recevrait les matériaux plus fins (le volume des deux fosses serait presque deux fois supérieur à la sédimentation annuelle totale dans le lac). Régulièrement, au fur et à mesure du remplissage, les sédiments seraient extraits pour permettre à la fosse d'assurer son rôle de collecteur. Enfin, après la mise en place des mesures conservatoires, le suivi attentif de l'évolution lacustre par le gestionnaire et les chercheurs serait nécessaire pour rendre compte de la capacité de résilience du lac, toujours dans le but de distribuer une eau potable de qualité.

Figure 25 - Aménagement possible du delta pour piéger les sédiments.

Figure 25 - Aménagement possible du delta pour piéger les sédiments.
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Table des illustrations

Titre Tableau I - Caractéristiques morphométriques du lac de Saint-Germain-de-Confolens.
Légende * : Données calculées dans MapInfo d'après l'image aérienne de 1972.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 232k
Titre Figure 1 - Le bassin versant du lac de Saint-Germain-de-Confolens (SGDC).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-2.jpg
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Titre Figure 2 - Localisation des points amont et aval des prélèvements d'eau de l'Issoire.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-3.jpg
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Titre Figure 3 - Localisation des profils bathymétriques du lac de Saint-Germain-de-Confolens.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-4.jpg
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Titre Figure 4 - Localisation et caractéristiques des sédimentomètres.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 792k
Titre Figure 5 - Localisation des profils topographiques en fonction de la lithologie littorale.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 896k
Titre Figure 6 - Évolution hebdomadaire des débits de l'Issoire.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 140k
Titre Figure 7 - Évolution hebdomadaire des flux de MES.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-8.jpg
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Titre Figure 8 - Évolution hebdomadaire des flux de Phosphore total.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-9.jpg
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Titre Figure 9 - Évolution hebdomadaire des flux de phosphore dissous.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 252k
Titre Figure 10 - Évolution des valeurs mensuelles du phosphore (total, dissous et particulaire).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-11.jpg
Fichier image/jpeg, 164k
Titre Figure 11 - Évolution des valeurs mensuelles du nitrate et de l'ammonium.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-12.jpg
Fichier image/jpeg, 132k
Titre Figure 12 - Évolution des valeurs mensuelles du fer et du manganèse.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-13.jpg
Fichier image/jpeg, 132k
Titre Figure 13 - MNT de l'envasement de la cuvette lacustre de Saint-Germain-de-Confolens.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-14.jpg
Fichier image/jpeg, 404k
Titre Figure 14 - Courbes granulométriques des sédiments des trois stations lacustres.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-15.jpg
Fichier image/jpeg, 184k
Titre Figure 15 - Évolution longitudinale des épaisseurs moyennes et maximales de sédiments (bathymétrie 2015).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-16.jpg
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Titre Figure 16 - Courbe de remplissage du lac de Saint-Germain depuis sa création.
Légende Le volume d'eau de 2001 est inférieur à celui de 2015 (94100 m3, contre 442 358 m3) pour les mêmes raisons que celles notées dans le paragraphe consacré à la cartographie des fonds.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-17.jpg
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Titre Tableau II - Comparaison des caractéristiques du lac de Saint-Germain-de-Confolens.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-18.jpg
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Titre Figure 17 - Évolution saisonnière des taux de sédimentation des trois stations lacustres (2015-2016).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-19.jpg
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Titre Figure 18 - Évolutions longitudinale et saisonnière des sables contenus dans les fûts.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-20.jpg
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Titre Figure 19 - Évolution saisonnière des teneurs en carbone organique total (COT), phosphore total (P total) et azote total KJELDAHL (NTK) des sédiments piégés.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-21.jpg
Fichier image/jpeg, 228k
Titre Tableau III - Mesures relatives aux microfalaises.
Légende * : les pourcentages ne se basent que sur le cumul des longueurs affectées sur chaque profil, soit 2043 m et 2062 m respectivement (hors delta, barrage et littoral rocheux). La hauteur des microfalaises est mesurée depuis le haut de la berge jusqu'au fond à l'aplomb de la berge.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-22.jpg
Fichier image/jpeg, 300k
Titre Figure 20 - Estimation de la vitesse moyenne d'évolution du littoral de Saint-Germain-de-Confolens.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-23.jpg
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Titre Tableau IV - Données relatives à l'évolution littorale.
Légende * : pourcentages effectués sur le cumul des longueurs affectées sur chaque profil. ** : pourcentages effectués sur l'ensemble du littoral (6,56 km).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-24.jpg
Fichier image/jpeg, 224k
Titre Figure 21 - Évolution longitudinale du taux de comblement depuis 1994 du lac de Saint-Germain.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-25.jpg
Fichier image/jpeg, 184k
Titre Figure 22 - Évolution longitudinale de la profondeur du chenal depuis 1994 dans le lac.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-26.jpg
Fichier image/jpeg, 208k
Titre Figure 23 - Schématisation de la progression vers l'aval des zones de sédimentation active.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-27.jpg
Fichier image/jpeg, 484k
Titre Figure 24 - Origine des sédiments du lac de Saint-Germain-de-Confolens.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-28.jpg
Fichier image/jpeg, 100k
Titre Figure 25 - Aménagement possible du delta pour piéger les sédiments.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/5544/img-29.jpg
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Pour citer cet article

Référence papier

Véronique Maleval et Frédéric Pitois, « Fonctionnement hydro-sédimentaire et bilan sédimentaire du lac de Saint-Germain-de-Confolens (Charente, France) : paramètres géomorphologiques à prendre en considération dans la gestion du lac », Physio-Géo, Volume 11 | -1, 197-227.

Référence électronique

Véronique Maleval et Frédéric Pitois, « Fonctionnement hydro-sédimentaire et bilan sédimentaire du lac de Saint-Germain-de-Confolens (Charente, France) : paramètres géomorphologiques à prendre en considération dans la gestion du lac », Physio-Géo [En ligne], Volume 11 | 2017, mis en ligne le 10 novembre 2017, consulté le 23 novembre 2017. URL : http://physio-geo.revues.org/5544 ; DOI : 10.4000/physio-geo.5544

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Auteurs

Véronique Maleval

Université de Limoges, GEOLAB, 39 E rue Camille Guérin, 87036 LIMOGES.
Courriel : veronique.maleval@unilim.fr

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Frédéric Pitois

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Courriel : fred.pitois@limnosphere.com

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