Contexte physique et chimique
Les quantités d’eau apportées par le fleuve et l’océan s’inscrivent dans une géométrie donnée. Elles se traduisent par des hauteurs d’eau. Si la forme du lit du fleuve reste la même, les niveaux d’eau varient en fonction du débit du fleuve et du coefficient de marée, et sont influencés par les paramètres météorologiques : direction et force du vent, pression atmosphérique.
La qualité de l’eau dépend de processus complexes variables dans le temps et dans l’espace, ainsi que de la nature des substances présentes qui peuvent se diluer dans l’eau, se fixer aux sédiments ou aux organismes vivants. Depuis sa source, la Loire collecte les eaux de tous ses affluents – eaux de ruissellement, rejets des villes, de l’industrie, de l’agriculture – auxquelles se mélangent en estuaire, les eaux de l’océan. La qualité de l’eau dépend essentiellement des quantités apportées par le bassin versant, de la saison et de la force de la marée en estuaire. La qualité de l’eau dans un estuaire n’est donc ni celle du fleuve, ni celle de la mer.
En amont de l’estuaire, le fonctionnement du fleuve est contrôlé par le régime hydrologique et les pressions du bassin versant. Les débits de la Loire et de ses affluents en sont le moteur principal : en crue, ils diluent les polluants et alimentent les zones humides, la nappe alluviale ; en étiage, ils concentrent les substances et exposent le fleuve aux stress thermiques. Les fluctuations de niveaux d’eau conditionnent la connectivité avec les milieux annexes — bras secondaires, boires et marais mouillés — tandis que les débits inondations de crues remobilisent les sédiments et les substances qui y sont fixées.
La température suit étroitement les variations climatiques, sans effet tampon océanique. En été, sa hausse réduit la solubilité de l’oxygène, dont la concentration dans l’eau dépend aussi de la vitesse du courant et de la charge organique.
Parmi les apports issus des activités humaines, les nutriments — azote et phosphore principalement — et les pesticides, issus essentiellement de l’agriculture, transitent par le fleuve avant d’atteindre l’estuaire. En étiage, leur dilution insuffisante peut favoriser des proliférations algales et affecter les organismes aquatiques.
L’estuaire est rythmé par la rencontre entre l’onde de marée, qui remonte le fleuve, et les apports d’eau douce venus de l’amont. Cet équilibre, en perpétuel déplacement selon les saisons et les débits, contrôle l’ensemble des paramètres physico-chimiques localement.
Le gradient de salinité qui en résulte est alors plus ou moins marqué. Les niveaux d’eau, combinaison de la marée et du débit fluvial, déterminent l’étendue de la surface marnante — zone alternativement immergée et exondée, habitat à part entière pour de nombreuses espèces. Les submersions latérales estuariennes déposent ou remobilisent les sédiments et modifient localement la qualité de l’eau.
Les variations de température sont atténuées par l’effet tampon des eaux océaniques. L’oxygène dissous dépend étroitement de la température : plus l’eau est chaude, moins elle retient d’oxygène. La turbidité liée au bouchon vaseux aggrave ce phénomène en limitant la photosynthèse. Les étés chauds représentent ainsi des périodes critiques pour la faune aquatique. Les nutriments apportés par le bassin versant soutiennent la productivité estuarienne, mais leur excès, en période de faible renouvellement, peut provoquer des proliférations algales et des déficits en oxygène. Les pesticides et autres micropolluants dissous ou fixés aux sédiments, se remobilisent au gré des marées et des submersions, exerçant une pression diffuse sur l’écosystème.
Le bouchon vaseux, phénomène naturel dans l’estuaire, est une zone de forte concentration en matières en suspension riches en sédiments fins et matière organique, localisée à la rencontre des eaux douces et salées. Oscillant à chaque cycle de marée, sa position moyenne se déplace vers l’amont en étiage et vers l’aval en crue. Ses conditions particulières — faible luminosité, forte consommation bactérienne en oxygène — en font une zone de passage critique, notamment pour les juvéniles de poissons migrateurs.