La zone littorale, de grande importance pour le fonctionnement écologique du lac, est souvent la première zone réceptrice de la contamination provenant du bassin versant. Cette pollution est majoritairement piégée dans les sédiments de surface. Pour autant, les conditions environnementales variables qui règnent en zone littorale sont susceptibles de favoriser la biodisponibilité des contaminants par le jeu des réactions physico-chimiques et biologiques. Cette thèse s’appuie sur l’étude de deux grands lacs péri-alpins, le Lac du Bourget et le Lac d’Annecy, pour mieux comprendre le comportement des polluants sédimentaires (ETM, HAP et PCB) en zone littorale lacustre. Nos travaux visent notamment (1) à caractériser la contamination littorale et l’influence des sources locales dans cette contamination, (2) à évaluer l’écotoxicité des sédiments littoraux et les changements de mobilité et de biodisponibilité des polluants sédimentaires sous l’influence de changements abiotiques de la zone littorale tels que ceux induits par le marnage lacustre. Nos résultats montrent que la contamination des sédiments et organismes autochtones présente une hétérogénéité spatiale significative sur le littoral des deux lacs, tant en intensité qu’en composition (i.e. profil de contamination). L’implication de sources locales (e.g. eaux pluviales drainées sur le bassin-versant) dans cette hétérogénéité spatiale a été mise en évidence. L’écotoxicité des sédiments de la zone littorale, évaluée via la réponse de biomarqueurs enzymatiques (AChE, GST), physiologiques (e.g. taux d’ingestion chez D. magna) et des traits de vie (e.g. taux de croissance, reproduction et survie) présente également une hétérogénéité spatiale significative. La biodisponibilité des ETM sédimentaires a été plus spécifiquement étudiée aux interfaces sédiment-eau-biote. Elle varie selon l’élément, le biote exposé (benthique ou pélagique) et sous l’effet du marnage. L’assèchement et remise en eau du sédiment littoral s’accompagnent d’une réduction de la fraction biodisponible des ETM. L’abaissement de la hauteur d’eau, en revanche, entraîne une accentuation de la remise en suspension de particules sédimentaires susceptibles d’exercer un risque écotoxicologique sur le biote littoral. Nos résultats soulignent la complexité de la contamination littorale et de son transfert dans les grands lacs péri-alpins et encouragent les approches écotoxicologiques dans l’évaluation de l’état écologique. / The littoral zone of lakes is of great ecological importance and yet receives a large array of contaminants from the watershed. This pollution is mainly trapped by the surface sediment, but its bioavailability may be allowed by physico-chemical and biological reactions in this zone of high environmental fluctuations. This work aims at improving knowledge about the behavior of sediment-borne contaminants (trace metals, PAHs and PCBs) in the lake littoral zone by using two large perialpine lakes; Lake Bourget and Lake Annecy. More precisely, our goals were to (1) characterize the littoral contamination and the influence of local sources in this contamination, (2) assess the ecotoxicity of the sediment-borne contamination and the main changes in its mobility and bioavailability under abiotic changes in the littoral zone, such as those related to water-level fluctuations in lakes. The contamination of the sediments and native organisms exhibited a significant spatial heterogeneity along the lake littoral, in both intensity and profile’s composition. The involvement of local sources of contamination (e.g. stormwater runoff) as drivers of this spatial heterogeneity has been highlighted. The ecotoxicity of littoral sediments was assessed through the responses of enzymatic biomarkers (AChE and GST), physiological traits (e.g. ingestion rates in D. magna) and life-history traits (e.g. growth, reproduction and survival rates). Our results also underscored a significant spatial heterogeneity of the littoral sediment ecotoxicity. A greater focus on the bioavailability of trace metals at the sediment-water-biota interfaces showed that bioavailability depends on the metal, the exposed biota (benthic vs pelagic) and fluctuate under water-level fluctuations. Drought and re-immersion of surface sediments were followed with a reduction of the bioavailable fractions of the trace metals. However, decreases in the water-level led to increase suspended sediments in the water column, which may exert an ecotoxicological risk for the littoral biota. Our results underline how complex the littoral contamination and bioavailability are and promote ecotoxicological approaches in the assessment of the ecological status of large lakes.

Le fonctionnement des milieux aquatiques d’origine anthropique est étroitement dépendant des usages ; l’environnement des communautés biologiques est donc généralement fluctuant. L’étude du lien entre environnement et organisme est alors plus complexe que dans les environnements stables. Ce travail de thèse vise à mieux comprendre comment l’ichtyofaune réagit face aux changements des conditions environnementales dans une retenue soumise à marnage, la retenue des Bariousses, située sur la Vézère.Une approche multi-échelle à la fois biologique (communauté et individus) et temporelle (cycles annuel et journalier) a été adoptée. Une attention particulière a été donnée à la zone littorale car elle joue un rôle crucial pour les communautés piscicoles des milieux lacustres et constitue la première zone affectée par les variations du niveau de l’eau. L’étude se décompose en quatre parties. La première présente les caractéristiques du site d’étude et la seconde décrit l’impact des variations du niveau de l’eau sur les habitats à partir d’une analyse cartographique de la zone littorale. Les conséquences de la contrainte hydrologique via les modifications des conditions d’habitats ont été ensuite analysées en parallèle des effets de la température de l’eau et de la photopériode. Ensuite, la troisième partie présente l’effet de la variabilité temporelle des conditions environnementales, induites par les variations du niveau de l’eau, sur la composition de la communauté littorale (échantillonnage par pêche électrique). Un système innovant de positionnement par télémétrie acoustique (Vemco Positioning System) a finalement permis dans une quatrième partie d’étudier cet impact à un niveau individuel en analysant le comportement de 90 individus de trois espèces différentes (sandre, brochet et perche commune) avec une précision satisfaisante (erreur moyenne de 3.3 m après filtration). Nous avons mis en évidence que les fluctuations du niveau de l’eau induisent une variabilité temporelle de la surface et du volume occupés par la zone littorale. De plus, une diminution progressive de la complexité structurelle des habitats littoraux avec une tendance à l’homogénéisation (dominance des substrats fins et de l’absence de végétation) est observée suite à un abaissement du niveau de l’eau. Malgré ces changements des conditions d’habitats induites par les variations du niveau de l’eau, la communauté piscicole littorale n’a pas montré de nets changements de composition. Une forte variabilité inter individuelle des réponses comportementales aux fluctuations environnementales est notée mais, la température et la photopériode représentent deux paramètres structurant majeurs de l’activité et du choix des habitats. Le niveau d’eau affecte une partie du peuplement, certains individus fréquentent davantage la zone littorale et sont moins mobiles lorsque les habitats accessibles en bordure sont plus complexes (niveau d’eau élevé). Ces résultats ont permis de proposer quelques pistes de réflexion sur la gestion des niveaux d’eau sur cette retenue, en lien avec le peuplement de poissons. / Aquatic ecosystem functioning in human-impacted environments is highly dependent of its uses; in consequence, the environment of biological communities is generally fluctuating. Studying the link between environment and organism in fluctuating environments is generally more complex compared to steady environments. The main objective of this work was to better understand how fish populations respond to environmental modifications in a reservoir affected with water level fluctuations (WLF), the Bariousses’s reservoir located on the Vézère River.A multiscale approach was used with different biological (community and individual) and temporal (annual and daily cycles) scales. A special attention was given to the littoral zone as it plays a key role for lake fish communities and since it is strongly affected by WLF. This work is divided in 4 parts. The first part presents the characteristics of the study site and the second part describes the impact of WLF on the studied habitats using a mapping of the littoral zone. The consequences of hydrological stress through the changes in habitat conditions were also analyzed as well as the effects of water temperature and photoperiod. The third part shows the effect of the temporal variability of environmental conditions induced by WLF on the composition of the littoral fish community (sampled by electrofishing). The fourth part presents an innovative positioning system acoustic telemetry (Vemco Positioning System) that was used to study the impact of WLF at the individual scale by analyzing the behavior of 90 individuals from three different fish species (pikeperch, pike and perch) with a satisfactory accuracy (average error of 3.3 m after filtration).The results of this work showed that WLF induced a temporal variability of the littoral zone surface and volume. In addition, a gradual decrease of the structural complexity of littoral habitats was associated with lower water level inducing a trend to homogenization (dominance of thinner substrates without vegetation). Despite these changes in habitats conditions induced by WLF, littoral fish community did not show any clear change in composition. High inter-individual variability of behavioral responses was observed in response to environmental fluctuations, but the temperature and photoperiod were the two major structural parameters controlling fish activity and spatial distribution. Water level affected a part of the fish population since more individuals attended the littoral zone and were less mobile when available habitats were more complex (with a high water level). These results allowed us to suggest some ideas for the management of water levels in the studied reservoir focused on the fish population.

Les mollusques sont des indicateurs de perturbations anthropiques et environnementales. Ce groupe de macroinvertébrés représente en outre une source importante de nourriture pour les poissons et les oiseaux aquatiques du littoral. Les hypothèses de cette étude sont que la communauté de mollusques est influencée indirectement par les tributaires agricoles et/ou par des variables environnementales (comme la dessiccation et l'exposition aux vagues) puisque ces perturbations sont susceptibles de modifier leurs sources alimentaires et leur habitat. Les indicateurs de la réponse des mollusques aux agents perturbateurs sont la composition, la diversité, la densité, ainsi que la biomasse des espèces. En septembre 2013, des mesures de paramètres physico-chimiques de l'eau ont été réalisées, et des échantillons de mollusques et de végétation aquatique ont été prélevés à 14 sites le long des rives du lac Saint-Pierre (Fleuve Saint-Laurent, Québec, Canada). Le long de la rive nord, les sites fortement exposés à l'action du vent, situés à de plus grandes élévations, affichaient une plus faible densité, biomasse et richesse spécifique de mollusques que les sites de la rive sud, en milieu plus abrité et profond. Les sites physiquement perturbés étaient caractérisés par de faibles biomasses en macrophytes submergés. Les sphaeriidae apparaissent comme des exceptions à ces patrons, montrant une abondance plus élevée aux sites presque dépourvus de macrophytes. Bien que les variables physiques et l'habitat exercent une influence déterminante sur les communautés de mollusques, les gastéropodes et les moules unionidés étaient également affectés par la dégradation de la qualité de l'eau dans le panache des tributaires agricoles. La richesse, la densité et la biomasse des gastéropodes étaient négativement influencées par des teneurs élevées de matières en suspension et de fer dissous. Les résultats de notre étude montrent que la communauté de mollusques du lac Saint-Pierre est directement affectée par l'émersion périodique, l'exposition au vent, et indirectement par l'effet de ces variables physiques sur les macrophytes qui constituent leur habitat. / Molluscs are indicators of anthropogenic and environmental disturbances and constitute an important food source for littoral fish and aquatic birds. The main hypotheses put forward for our study are that the mollusc community is impacted by the agricultural tributaries and/or by physical variables (desiccation, exposure to waves) through changes in food and habitat. The indicators used were mollusc species composition, diversity, density, and biomass. Over the course of two weeks in September 2013, we sampled physical/chemical water variables, collected aquatic vegetation and molluscs at 14 sites on both shores of Lake Saint-Pierre (St. Lawrence River, Quebec, Canada). Sites located at higher elevations, subjected to recent water level fluctuations, and exposed to wind fetch along the north shore, had lower gastropod and unionid mussel richness, density, and biomass than less-exposed sites located at lower elevations along the south shore. These physically disturbed sites were characterized by low biomasses of submerged macrophytes. Sphaerid clams appeared to be notable exceptions to these patterns, showing their highest abundances at sites almost devoid of macrophytes. In spite of the fact that physical and habitat variables exerted a strong effect on mollusc communities, gastropod and unionid mussels were additionally affected by degraded water quality originating from agricultural tributaries. Gastropod richness, density, and biomass were negatively influenced by high levels of total suspended matter and dissolved iron. Our results show that the mollusc community in Lake Saint-Pierre was primarily affected by the direct influence of periodic emersion, wind exposure, and indirectly through the effect of these physical variables on macrophyte habitat.

Das litorale Makrozoobenthos ist eine bedeutende biotische Komponente in Seen und trägt substantiell zur Biodiversität und Funktion von Seeökosystemen bei. Allerdings unterliegt das Litoral zunehmenden anthropogenen Nutzungen, deren ökologische Auswirkungen jedoch kaum quantifiziert wurden. In dieser Doktorarbeit wurde untersucht, welche Bedeutung maßgebliche Umweltfaktoren auf die Zusammensetzung des litoralen Makrozoobenthos haben, und wie sich anthropogene Nutzungen auf die Zusammensetzung und Funktion des Makrozoobenthos auswirken. Die Zusammensetzung des Makrozoobenthos wurde durch die Uferstruktur, Trophie und das hydrodynamische Regime bestimmt. Die faunistische Ähnlichkeit zwischen Habitaten war jedoch signifikant geringer als zwischen Trophiestufen, so dass die Uferstruktur, und nicht die Trophie, einen größeren Einfluss auf das Makrozoobenthos hat. Strukturelle Degradation führte zu einer Reduktion der Habitatheterogenität, was eine signifikante Verringerung der Diversität und eine signifikant veränderte Artenzusammensetzung verursachte. Infolgedessen war die Komplexität der Makrozoobenthos-Nahrungsnetze an degradierten Ufern signifikant geringer als an natürlichen Ufern. Erhöhte Wasserstandsschwankungen führten zum Ausfall von Wurzelhabitaten und der damit assoziierten Makrozoobenthos-Gemeinschaft. Schiffsinduzierter Wellenschlag führte zur Verdriftung des Makrozoobenthos von ihren Habitaten bereits bei geringen Sohlschubspannungen. Die Effekte von Wasserstandsschwankungen und schiffsinduziertem Wellenschlag wurden jedoch durch Habitate mit hoher struktureller Komplexität verringert. Mit dieser Doktorarbeit konnte ich ein mechanistisches Verständnis darüber erarbeiten, wie anthropogene Nutzungen die Wirkungsbeziehungen zwischen Umweltfaktoren und Artengemeinschaften verändern und welche ökologischen Auswirkungen dies hat. Diese Kenntnisse können als wissenschaftliche Basis zur Bewertung von anthropogenen Beeinträchtigungen des Litorals dienen. / Littoral macroinvertebrates are an important biotic component of lakes by contributing substantially to the biodiversity and functioning of lake ecosystems. Humans alter the littoral and riparian areas for various purposes, but the resulting ecological impacts on littoral macroinvertebrates have not been quantified. In this thesis, I investigated the significance of key environmental factors for littoral macroinvertebrate communities and how human alterations of these environmental factors impact the structure and function of macroinvertebrate communities. Macroinvertebrate community composition was significantly related to littoral structure, trophic state and the hydrodynamic regime. The significantly higher compositional dissimilarities among habitats than among trophic state suggested that littoral structure was the more important driver of community composition. Structural degradation caused a significant reduction of habitat heterogeneity and resulted in a significant reduction of species diversity and a significant altered community composition. This caused a significant reduction of macroinvertebrate food web complexity and substantial alterations of the trophic base of the food webs. Climate-change induced water level fluctuations resulted in the loss of root habitats and the specific community associated with this habitat. Ship-induced waves had substantial direct effects, since macroinvertebrates were detached from their habitats by waves even at moderate shear stress levels. However, the impacts of water level fluctuations and ship-induced waves were mitigated by the presence of habitats with high structural complexities. This thesis provided a mechanistic understanding of how human activities alter relationships between environmental factors and biotic communities. This knowledge can be used to develop scientifically sound approaches to assess the persistent human impacts on lake ecosystems.

From the Proceedings of the 1971 Meetings of the Arizona Section - American Water Resources Assn. and the Hydrology Section - Arizona Academy of Science - April 22-23, 1971, Tempe, Arizona / The development of tree-ring chronology for bristlecone pine (Pinus aristata), stretching over 8,200 years, has been used to calibrate the radiocarbon time scale. An extensive deposit of driftwood in Stanton's cave in the grand canyon was estimated to have been deposited on the cave floor about 12,000 years ago on the basis of the 4,095-year radiocarbon age of a split-twig figurine on the surface of the cave floor. However, the initial driftwood specimen gave the surprising C-14 age of 35,000 years. A tree-ring dating study was therefore undertaken on driftwood in the grand canyon in order to: (1) evaluate the driftwood deposit in Stanton's cave; (2) provide a basis for interpreting c-14 dates from canyon archaeological sites; and (3) document a technique for deriving some concept of pre-dam hydrology, especially maximum high water levels. The percentage of dated specimens found indicated that the approach was feasible. A likely interpretation of the seemingly early c-14 dates at archaeological sites is that prehistoric man used old driftwood, as does modern man in the canyon. Tree-ring dates from wood above the pre-dam high water mark indicate that maximum 100-year flood evidence can be obtained.

From the Proceedings of the 1975 Meetings of the Arizona Section - American Water Resources Assn. and the Hydrology Section - Arizona Academy of Science - April 11-12, 1975, Tempe, Arizona / The concept of a step -drawdown test was first introduced by Jacob, and further modifications in the technique were made by Rorabaugh. Analysis of step -drawdown test data enables the quantification of the components of drawdown due to formation or aquifer loss, and due to well losses in a pumped well. This technique has been used to test approximately 100 wells that were drilled in crystalline and basalt formations in central India. Test data have been analyzed by Rorabaugh's method and by a graphical method, and the results of a number of tests are presented and discussed. Anomalies in the test analysis often proved helpful for interpreting aquifer irregularities. In general, the well loss constant decreases with an increase in specific capacity and the aquifer loss constant decreases with increasing transmissivity. Significant reductions in specific capacity during a step test occur in wells with high well losses. An attempt is made to quantify the well losses in a consolidated rock well, and a number of practical applications of step -drawdown tests are discussed.