vignette|Coupe schématique de la zone du compartiment sous-fluvial Dans le domaine de l'hydrographie, de l'hydrobiologie, de l'hydroécologie et de l'écologie souterraine, la notion de Compartiment sous-fluvial désigne le compartiment du fleuve (ou de la rivière) qui est invisible mais présent dans l'épaisseur du substrat sous-jacent ou adjacent quand celui-ci est poreux (volume sédimentaire) ou karstique et constitue un habitat permanent ou intermittent pour des espèces (appartenant à la stygofaune, qui comprend aussi la faune des interstices des fonds sous-marins) et biocénoses aquatiques (bactériennes à composantes invertébrées ou vertébrées plus complexes et évoluées).
Il est en grande partie constitué du milieu hyporhéique (sous le courant et à faible courant), qui est le milieu existant dans les interstices d'un sédiment ou substrat saturé en eau. On parle aussi des « eaux épigées »Ginet, R & J David, Présence de Niphargus (Amphipode Gammaridae) dans certaines eaux épigées des forêts de la Dombes (département de l´Ain, France). Vie Milieu 14:299-310, 1963..
L'écologie souterraine a ainsi ajouté une dimension verticale sous le niveau du sol aux « hydrosystèmes fluviaux » ; le compartiment sous-fluvial est maintenant aussi considéré comme un véritable corridor biologique souterrain, fonctionnellement et hydrologiquement couplé au fleuve, mais évoluant à un autre rythme (on parle aussi de trame bleue en France et Belgique).
La science qui traite de ces milieux est la « Stygologie », en référence au Styx, la rivière qui traverse les enfers dans la mythologie grecque. Ce mot a été créé par l’hydrobiologiste Husmann en 1971 avant d'être diffusé à partir de 1985 par les Éditions E.J. BrillTAK Theoretical & Applied Karstology, TAK-Online.
Une revue spécialisée Stygologia traite de ces milieux et des espèces que les scientifiques y trouvent et décriventRevue Stygologia (International journal of general and applied groundwater research, including the marine interstitial), éditée par Leiden : E.J. Brill, 1985 ; v. : ill. ; . avec le premier numéro paru en mai 1985 (fréquence : 3 numéros par an).
Enjeux Ce compartiment est constitué d'une masse d'eau en mouvement lent. Il est très discret mais volumiquement souvent bien plus important que le fleuve (sous un fleuve mode mais s'écoulant sur une zone alluviale perméable, il peut se mesurer en kilomètres cubes. Il contribue à la dynamique fluviale (parfois de manière importante en situation d'étiage). Et il peut, dans les interstices des sédiments ou dans des « vides » plus importants, abriter des écosystèmes et biocénoses encore mal inventoriés et mal compris dans certaines zones du monde, mais qui semblent importants en termes de biodiversitéPalmer, MA; AP Civich; BJ Finlay; J Gibert; KD Hyde et al. 1997. Biodiversity and ecosystem processes in freshwater sediments. Ambio 26:571- 577., à laquelle vient s'ajouter celle de biocénoses plus profondes (plus de étaient déjà répertoriées vers 1985, dans un ouvrage intitulé Stygofauna mundiLazare Botoşăneanu, Stygofauna Mundi A Faunistic, Distributional, and Ecological Synthesis of the World Fauna Inhabiting Subterranean Waters (Including Marine Intersti) avril 1987 ; Ed : Brill Academic Pub, Gruner, H.-E. (1987), Botosaneanu, Lazare (ed.) : Stygofauna Mundi. Distributional, and Ecological Synthesis of the World Fanna inhabiting Subterranean Waters (including the Marine Interstitial). – Leiden (E. J. Brill), 1986; VI + 740 S., zahlr. Abb., hfl. 480. –. – . Mitteilungen aus dem Museum für Naturkunde in Berlin. Zoologisches Museum und Institut für Spezielle Zoologie (Berlin), 63: 316. doi: 10.1002/mmnz.19870630209 et de services écosystémiques.
Certaines espèces du compartiment sous-fluvial pourrait peut-être être utilisées comme Bioindicateurs de l'état des nappes sous-jacentes ou connexes aux fleuves et rivièresMalard F., Plenet S. & J. Gibert, The use of invertebrates in groundwater monitoring: a rising research field. Ground Water Monitoring and Remediation, 1996, 16, 2, 103-116, y compris en système karstiqueMalard F., Reygrobellet J.L., Mathieu J. & Lafont M., Biomonitoring groundwater contamination : application to a karst area in southern France ; Aquatic Sciences, 1996, 58, 2, 158-187..
Le compartiment sous-fluvial est fonctionnellementBoulton, AJ; S Findlay; P Marmonier; EH Stanley & HM Valett. The functional significance of the hyporheic zone in streams and rivers. Annu. Rev. Ecol. Syst. 29:59-81, 1998. lié au fleuve et à une grande partie (tout ce qui n'est pas nappe perchée) l'eau de la plaine alluviale et il joue a priori un rôle de zone tampon important en termes d'inertie thermique du fleuve (très important dans les régions chaudes).
Il joue aussi parfois un rôle régulateur (ou plus rarement aggravant) des inondations et sécheresses.
Il peut compliquer la gestion locale de certaines pollutions accidentelles ou chroniques, car il augmente parfois l'inertie en cas de pollution sous-jacente du fleuve par des contaminants photodégradables, ou pas ou peu dégradables (POPs par exemple) ou non-biodégradables (plomb, mercure, cadmium, radionucléides...) ; Un polluant qui serait rapidement emporté en mer sur un fonds totalement imperméable pourrait au contraire persister des décennies à plusieurs siècles ou millénaires dans le compartiment sous-jacent, ce qui peut nuire à l'alimentation en eau potable ou d'un autre point de vue peut être perçu comme contribuant à un risque moindre de pollution (plus ou moins différée dans l'espace et le temps) de la mer.
Via l'activité des bactéries (dénitrification...) des phénomènes importants d'épuration de l'eau (ou de pollution le cas échéant) s'y déroulent, notamment pour des polluants très solubles et mobiles tels que les nitrates. pour Janine Gibert, Pierre Marmonier, Marie-José Dole-Olivier, la biodiversité souterraine propre à ces milieux et à leurs interfaces (écotones) .
Les grands barrages artificiels, dérivations ou création de certains canaux, les pompages d'eau douce (surtout avec rabattement de nappe), les drainages, l'irrigation, le colmatage des lits consécutif à une augmentation de la turbidité ou à la disparition d'espèce jouant un rôle de décolmatage (lamproies par exemple quand elles construisent leurs nids) peuvent bouleverser l'écosystème d'un compartiment sous-fluvial. La disparition ou au contraire le retour d'espèces telle que le Castor, là où peut faire des barrages pourrait également profondément affecter le compartiment sous fluvial.
Ces derniers sont généralement pas ou mal pris en compte, y compris dans les études d'impacts et mesures compensatoires
Description du milieu
Éléments physiques Selon les cas, périodes et lieux, ce compartiment sous-fluvial mesure de quelques décimètres dépaisseur à près d'une centaine de mètres de profondeur. Il peut subir d'importantes variations géographiques et temporelles liées aux processus géomorphologiques actifs durant la vie du fleuve.
Il est principalement généralement constitué d'aquifères poreux (macroporosité) où l'eau circule, par exemple dans les lits de galets, graviers, sables, silex ou même argiles délitées, dès que des interstices permettent la circulation d'une nappe d'eau souterraine qui pourra réalimenter le fleuve en aval, rester souterraine ou aboutir en mer sous le niveau de la marée basse parfois.
Ces nappes sous-jacentes suivent généralement la direction du fleuve, par écoulement gravitaire, de manière générale, beaucoup plus lentement (ex : Vers Miribel en amont de Lyon, le Rhône a un débit de , soit un débit moyen de /s, alors que sa nappe sous-jacente ne le suit qu'à une vitesse de quelques millimètres par seconde (débit moyen : /h. L'eau est notamment freinée par les phénomènes de capillarité.
Ce compartiment sous-fluvial s'écoule de manière non-uniforme dans un milieu souvent très hétérogène, selon les obstacles qu'il rencontre liés à la complexité de la structure de l'aquifère généralement composé d'alternance de couches hétérogènes plus ou moins épaisses et poreuses.
Lien hydrauliques et connectivité écopaysagère entre compartiment sous-jacent et fleuve Il est plus ou moins fort ou ténuBoulton, AJ. 1993. Stream ecology and surface hyporheic exchange: implications, techniques and limitations. Aust. J. Mar. Fresh. Res. 44:553-564., régie par la loi de Darcy, elle-même liée à la porosité du substrat et à d'autres paramètres tels que la distance horizontale et la profondeur de la nappe par rapport à « son » fleuve.
L'épaisseur de chacune des deux masses d'eau dans chacun de ces deux milieux joue un rôle important dans cette relation. Plus la hauteur d'eau d'un fleuve est importante, plus - à substrat égal - il alimente la nappe (quand c'est le fleuve qui alimente la nappe et pas le contraire).
La pente du fleuve en accélère le débit (sauf présence de barrages)
Deux phénomènes contradictoires sont souvent en jeu, et susceptibles de s'inverser selon les saisons ou années : un drainage de la nappe vers le fleuve, un drainage du fleuve par la nappe.
L'hétérogénéité structurale du plafond de l'aquifère sous-jacent varie aussi dans le temps, au rythme des crues et - là où le lit mineur peut encore « errer » dans son lit majeur - en créant de nouvelles tresses ou méandres et en abandonnant des chenaux secondaires.
La canalisation et l'artificialisation des cours d'eau a probablement beaucoup modifié la qualité et le fonctionnement des nappes sous-jacente.
Dans les cas où la masse d'eau est très volumineuse et profonde, des mouvements différentiés de masse d'eau et des effets d'endo-upwelling et d'Upwelling peuvent apparaitre et expliquer certaines variations d'abondance ou des changements dans les espècesvoir schéma de la page Matthias brunke et Tom Gonser, The ecological significance of exchange processes between rivers and groundwater, Special Review, Freshwater Biology, 1997, 37, 1-33.
Corridors biologiques liquides et souterrains Sous la trame bleue visible au sol et de satellite, un autre fleuve (compartiment sous-jacent) coule souvent, plus profond, bien plus large et plus lent et constituant une mosaïque d'habitats différents, formant un autre corridor biologique, invisible sauf pour les spéléologues parfois, réellement fonctionnels et vitaux pour des espèces souvent récemment découvertes. Stanford et Ward, en 1993 proposait déjà - dans une perspective écosystémique - de les considérer comme corridors biologiques. Ils pourraient donc être considérés en Europe et France respectivement comme éléments du réseau écologique paneuropéen et de la trame bleueStanford, JA & JV Ward. An ecosystem perspective of alluvial rivers : connectivity and the hyporheic corridor. J. N. Am. Benthol. Soc. 12:48-60, 1993. (Résumé, en anglais via jstor) et donc à prendre en compte dans le cadre de la directive cadre sur l'eau (bon état écologique à conserver ou retrouver en 2015) et dans les études d'impacts et mesures compensatoiresJanine Gibert, Pierre Marmonier, Marie-José Dole-Olivier, Sous les eaux vives prospère un univers de curiosités biologiques Un fleuve peut en cacher un autre, La recherche, , juin 96. - .. Ce corridor aquatique souterrain est souvent connecté aux milieux annexes et connexes du fleuve, et il contribue à les garder en relation (hydraulique) via le plafond de la nappe et son niveau piézométrique. Il s'étend souvent sous tout le lit majeur, voire sous la totalité de la plaine alluviale, toujours en contact avec les milieux de surface (zones humides notamment, de manière directe et forte (sources quand il ne s'agit pas de puits artésiens) ou diffuse (percolation presque horizontale via les berges), contribuant à atténuer les chocs dans le milieu (effet tampon, dont en termes de microclimat) et à enrichir la richesse et diversité écosystémique de la plaine alluviale.
Stygofaune Biodiversité des corridors sous-fluviaux Elle recoupe en partie celle des cavernes souterraines, mais est encore mal connue.