Variabilité spatiale et temporelle des flux de carbone organique et des formes d'azote dissous dans le bassin versant de l'Hermine [microforme] PDF Download

Author: Julie Turgeon
Publisher: Montréal : Service des archives, Université de Montréal, Section Microfilm
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Languages : en
Pages : 264

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Category : Geography
Languages : en
Pages : 668

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Author: Cindy Coularis
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Languages : fr
Pages : 0

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Cette thèse présente une étude du cycle du carbone dans la Loire et ses principaux affluents dans le but (1) de décrire, en s'appuyant sur la composition isotopique (14C et 13C), les sources, la nature et l'âge du Carbone Inorganique et Organique Dissous (CID, COD) et du Carbone Organique Particulaire (COP) prélevés lors de quatre missions en 2013-2014 et (2) d'utiliser le carbone 14 anthropique, présent dans les rejets liquides des 5 Centres Nucléaires de Production d'Electricité (CNPE) en service sur le bassin, comme traceur de transfert de carbone entre les différentes phases.Les archéologues ont mis en évidence que les âges radiocarbone déterminés sur des échantillons d'os ou de matériels non-humains (poteries, céramiques, sédiments...) ne sont pas à l'équilibre avec l'atmosphère de l'époque et nécessitent une correction. Ce biais provient de l'âge de l'eau ingérée ou utilisée et plus précisément de l'âge du CID appelé âge réservoir. Dans la Loire et ses affluents, le CID est principalement issu de l'érosion et de la dissolution du substrat géologique. Les concentrations en CID sont plus élevées en terrain sédimentaire carbonaté localisé en Loire moyenne. Les âges réservoirs étant directement corrélés à la teneur en CID, ils présentent une grande variabilité spatiale (de 135 à 2251 années 14C) du fait de la traversée de zones géologiques plus ou moins carbonatées par la Loire et ses affluents.Par ailleurs, ce CID est principalement consommé lors des processus photosynthétiques pour produire le COP algal. Ce COP algal est l'une des deux composantes de la matière organique (MO) particulaire avec le COP détritique. Les concentrations en COP suivent un cycle temporel très marqué avec des teneurs plus élevées au printemps. Le marquage du carbone algal dépend de la signature isotopique du CID utilisé lors de la synthèse chlorophyllienne. Les âges réservoirs déterminés dans le COP varient alors entre 124 et 1597 années 14C avec une variation spatio-temporelle identique à celle observée dans le CID. La proportion de carbone algal, variant entre 2 et 100%, dépend de la rivière et des conditions climatiques et hydrologiques sans qu'il soit possible d'énoncer une règle générale. La composante détritique du COP possède un marquage proche du COP et du COP algal impliquant que ce carbone détritique n'est pas d'origine géologique et donc qu'il n'est pas réfractaire.La décomposition de cette MO particulaire est une source de COD au même titre que l'activité métabolique des organismes (lyse et exsudation) et l'apport de vieille MO par la rivière, le lessivage des sols ou les nappes souterraines. Les concentrations en COD suivent donc les mêmes cycles saisonniers que le COP. Cependant, les teneurs sont plus élevées que celles du COP et augmentent peu le long des rivières (±1mg/L). Il peut être âgé si le COP et/ou la MO exportée sont anciens. Ainsi, les âges réservoirs dans le COD sont compris entre 101 et 2494 années 14C en avril 2013 avec des âges plus vieux en zone agricole.L'utilisation du radiocarbone anthropique a permis, outre la visualisation des transferts entre les différentes phases, de confirmer l'émission de 14C enrichi (ou actif) sous la forme CID par les CNPE et infirmer celle d'une composante 14C anthropique actif dans le COP et le COD. Cependant, l'activité 14C du CID ne représente pas l'activité totale du rejet en raison des échanges eau-atmosphère induisant un flux sortant de 14C. Le COP marqué enregistre l'activité initiale du rejet liquide en utilisant le CID émis par les CNPE. Le COP étant isolé de l'atmosphère, l'activité mesurée dans le COP est proche de son activité d'origine dans le rejet.L'acquisition de toutes ces données et la compréhension des processus de transferts entre CID, COP et COD permettra d'améliorer le modèle de prédiction existant et à terme, d'anticiper le comportement de ce radionucléide dans le milieu récepteur de son émission à son arrivée dans l'estuaire puis dans l'Océan Atlantique.

Author: Philippe Amiotte Suchet
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Category : Carbon cycle (Biogeochemistry).
Languages : fr
Pages : 190

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L'ALTERATION CHIMIQUE DES ROCHES EST ESSENTIELLEMENT LE FAIT DE L'ATTAQUE DES MINERAUX PAR L'ACIDE CARBONIQUE ISSU DU CO#2 ATMOSPHERIQUE, VIA LA PHOTOSYNTHESE PUIS LA DEGRADATION DE LA MATIERE ORGANIQUE DANS LES SOLS. CE CO#2 DISSOUS, IMPLIQUE DANS LES REACTIONS D'ALTERATION, EST ENSUITE TRANSPORTE EN SOLUTION, PRINCIPALEMENT SOUS FORME D'IONS BICARBONATES, PAR LES FLEUVES VERS LES OCEANS. POUR ESTIMER LA QUANTITE DE CO#2 CONSOMME PAR EROSION CHIMIQUE DES ROCHES SUR LES CONTINENTS, DEUX MODELES SONT DEVELOPPES DANS CE TRAVAIL. LE PREMIER EST UN MODELE GEOCHIMIQUE DE DECOMPOSITION DES FLUX D'ELEMENTS MAJEURS EXPORTES EN SOLUTION PAR LES FLEUVES (MODELE MEGA, MAJOR ELEMENT GEOCHEMICAL APPROACH). LE SECOND (GEM-CO#2 GLOBAL EROSION MODEL) EST BASE SUR UN ENSEMBLE DE RELATIONS EMPIRIQUES ENTRE LE FLUX DE CO#2 CONSOMME ET LE DRAINAGE POUR LES PRINCIPAUX TYPES DE ROCHE AFFLEURANT A LA SURFACE DES CONTINENTS. CE MODELE PERMET DE SIMULER L'INTENSITE ET LA DISTRIBUTION SPATIALE DES FLUX DE CO#2 CONSOMMES SUR L'ENSEMBLE DES CONTINENTS. LE BILAN DE LA CONSOMMATION DE CO#2 A L'ECHELLE GLOBALE A ETE ETABLI EN UTILISANT CES DEUX APPROCHES. LES ESTIMATIONS VARIENT AINSI DE 19,6 10#1#2 MOLES/AN A 24,5 10#1#2 MOLES/AN. LE MODELE GEM-CO#2 MONTRE QUE 72% DE CETTE CONSOMMATION DE CO#2 SE FAIT DANS L'HEMISPHERE NORD, DURANT LES MOIS DE JUIN A SEPTEMBRE ET DECEMBRE A MARS. LES BILANS DES FLUX MOYENS MENSUELS ET ANNUELS DE CO#2 CONSOMMES PAR L'ALTERATION DE CHAQUE CONTINENT ET EXPORTES VERS CHAQUE OCEAN SONT ETABLIS A L'AIDE DE GEM-CO#2. LES VARIATIONS SAISONNIERES ET INTERANNUELLES DE LA CONSOMMATION DE CO#2 SONT ETUDIEES SUR LES BASSINS DE LA GARONNE, DE L'OUBANGUI ET DU CONGO. ENFIN, ON ETUDIE L'INFLUENCE DES PRECIPITATIONS ACIDES SUR LA CONSOMMATION DE CO#2. LOCALEMENT, CELLES-CI PEUVENT PROVOQUER UNE DIMINUTION DE PLUS DE 50% DE LA CONSOMMATION DE CO#2. PAR CONTRE, A L'ECHELLE GLOBALE, CETTE DIMINUTION RESTE FAIBLE

Author: Thomas Rosset (docteur en écologie).)
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Languages : fr
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Les tourbières sont des zones humides qui ne couvrent que 3% des surfaces émergées mais qui sont très riches en matière organique. A la croisée des cycles du carbone et de l'eau, elles stockeraient près de 20 % du carbone organique des sols de la planète et par conséquent elles sont considérées comme des sources importantes dans le transfert de carbone organique vers les eaux de surface. Dans les bassins versants de montagne, les tourbières ne représentent qu'une faible proportion de la couverture paysagère et sont sujettes à l'influence d'activités anthropiques locales. Jusqu'à présent les conditions climatiques et d'accessibilité des zones montagneuses ont limité les études biogéochimiques dans les tourbières de montagne, mais de récentes avancées technologiques optiques permettent dorénavant de mesurer les concentrations de carbone organique in situ et à haute fréquence dans les ruisseaux drainant ces écosystèmes. Cette thèse a pour objectif de quantifier et d'identifier les mécanismes qui régissent le transfert de matière organique des tourbières vers les eaux de surface dans des bassins versants de montagne faisant l'objet d'activités anthropiques contemporaines. Pour cela deux tourbières situées dans les Pyrénées françaises ont été instrumentées et ont fait l'objet d'un suivi haute fréquence (30 min) sur plus de deux cycles hydrologiques. En premier lieu, ces travaux ont permis d'isoler le contrôle prédominant des crues dans les exports de matière organique des tourbières ainsi que la proportion majoritaire de la forme dissoute du carbone organique (COD) dans les exports. En fonction des cycles hydrologiques, les flux spécifiques de COD des tourbières de montagne sont très variables [16.1 ; 35.9] g.m2.an-1 mais correspondent aux gammes observées pour les tourbières des plaines septentrionales. Ces mêmes flux placent les tourbières comme sources majoritaires de COD (>63%) en tête de bassin versant. Dans un second temps, l'analyse des pics observés sur les séries temporelles de concentration de COD a montré que, contrairement aux exports, la variabilité des concentrations aux exutoires des tourbières n'est pas contrôlée par le débit, mais par la température du sol et les battements de nappe phréatique. Calculés à partir des relevés piézométriques, des temps de récession hydrologiques permettent d'appréhender plus justement ces variabilités dans les modèles de concentration de COD ainsi que d'apprécier l'hétérogénéité hydrologique des tourbières. La troisième phase illustre la difficulté de séparer influence climatique et anthropique dans les exports de carbone organique des tourbières suite à deux évènements anthropiques, intervenus sur les sites d'études pyrénéens : un brulis et une coupe forestière. En complément une revue bibliographique à l'échelle mondiale rapporte cependant des flux de COD 30% plus importants à l'exutoire de tourbières influencées par des pratiques anthropiques. Ces travaux soulignent le besoin de disperser l'instrumentation haute fréquence sur davantage de tourbières afin de déterminer plus justement leur rôle dans le cycle du carbone global. L'ensemble des résultats confirme l'importance des exports de carbone organique dans le bilan carbone des tourbières mais également l'importance des tourbières dans l'hydrochimie des eaux de surface, notamment dans les zones anthropisées.

Author: Vivien Ponnou-Delaffon (docteur en sciences de l'univers).)
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Comprendre le fonctionnement hydrochimique de la Zone Critique reste un enjeu fort de ces décennies, notamment en ce qui concerne les interactions entre les cycles de l'eau, du carbone et de l'azote. Le bassin versant agricole du Montoussé à Auradé (Gers) soumis à des fortes pressions anthropiques et climatiques sur ces cycles, est l'un des dispositifs pérennes d'observation à long terme de l'infrastructure de recherche OZCAR, en charge de surveiller la zone critiques en milieu agricole. Ce bassin versant carbonaté est soumis à une climat semi-aride marqué par une forte évapotranspiration et des périodes de hautes eaux en hiver et au printemps, caractéristiques confirmées par les signatures isotopiques de l'eau. Une analyse des variations temporelles des eaux des précipitations atmosphériques et des eaux du ruisseau, à long- (sur 15 et 30 ans), moyen- (annuel et saisonnier) et court-terme (journalier et nycthéméral), et à haute fréquence (10mn) a mis en évidence : (i) l'origine des éléments dans les précipitations ; (ii) l'effet de l'augmentation des débits et de la fréquence des crues sur la diminution des concentrations en éléments majeurs, (iii) K et COD comme indicateurs de l'érosion des matières organiques des sols, favorisées par une amélioration des pratiques agricoles et une augmentation des températures; (iv) les processus de précipitation de la calcite, de nitrification, d'évapotranspiration et de prélèvement par la végétation. Une analyse spatiale de la composition chimique des eaux des ruisseaux du bassin versant, couplée aux signatures isotopiques de C et N, a permis de préciser les sources d'éléments, les processus en jeu tant hydrologiques que géochimiques associés aux perturbations de l'altération. Le découpage des hydrogrammes de crue, les relations concentration-débit et l'analyse des isotopes stables (δ15N, δ17O et δ18O) ont permis de mettre en évidence un contrôle des nitrates par des processus de dénitrification, une voie préférentielle de transfert des ions dans l'écoulement hypodermique, alors que les matières en suspensions (MES) sont transportées par le ruissellement. La contribution des crues aux flux exportés représente 93% pour les MES et 30-47% pour les éléments majeurs dissous. Les bilans nets (entrée-sortie) des éléments majeurs exportés sont très dépendants des quantité d'eau drainées. L'export des éléments majeurs se situe dans la moyenne des bassins versants du Sud-Ouest de la France tandis que les flux de MES sont similaires à ceux de bassins versants semi-arides du Maghreb. Enfin, l'apport de fertilisants azotés contribue à acidifier les sols, modifie la dissolution naturelle des carbonates et augmente l'altération chimique, induisant une perte de CO2 consommé de l'ordre de 15% au regard d'une dissolution naturelle des carbonates. Les sols du bassin versant du Montoussé ne sont pas en équilibre, puisque l'érosion mécanique est en moyenne deux fois supérieure à l'altération chimique. Le changement climatique et les pratiques agricoles auront donc des implications fortes sur la dynamique des cycles de l'azote et du carbone dans les années à venir. Les observatoires de la Zone Critique ont donc un rôle essentiel de surveillance et de compréhension de ces perturbations dans les prochaines décennies, et ils jouent aussi un rôle majeur dans l'aide à la gestion de ces bassins agricoles.

Author: Flora Toussaint
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Les deltas des fleuves sont une zone cruciale dans les flux de matière entre le continent et la zone côtière. Ainsi, le prodelta du Rhône possède des taux de sédimentation et de minéralisation intenses, qui diminuent rapidement avec l’éloignement à l’embouchure jusqu’au plateau continental. Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet « MERMEX river » avec pour objectif d’identifier les sources de matière organique et d’étudier la variabilité temporelle des processus biogéochimiques influençant le devenir du carbone organique. Il s’agissait également de dresser des bilans des flux de carbone à l’embouchure du Rhône. Le prodelta a été étudié de manière intense avec quatorze campagnes en mer réparties sur ces trois années de thèse ainsi que par l’achèvement du développement d’une station benthique autonome équipée de microélectrodes à oxygène. Ce jeu de données a permis de mettre en évidence des variations temporelles (saisonnières et annuelles) de la minéralisation benthique. Des hausses de minéralisation benthique ont été mises en évidence à chaque phénomène de resuspension. Les mesures isotopiques du carbone (δ13C et Δ14C) couplées aux séparations par densité du sédiment ont permis de discriminer les sources de carbone organique et de déterminer les processus de dépôt et d’enfouissement de la matière. Plusieurs processus interagissent : la rétention d’environ 50% de la matière organique terrigène dans le prodelta, la circulation par resuspension du matériel dense et fin venant du plateau continental, la faible contribution du carbone issu de la production primaire dans les sédiments et l’arrivée massive de carbone âgé lors de certaines crues. La matière organique terrigène est principalement soumise au processus d’enfouissement dans le prodelta et sa minéralisation est fortement liée à sa réactivité.

Author: Pierre Polsenaere
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Les zones côtières ne sont prises en compte dans les budgets globaux de CO2 atmosphérique que depuis peu. Il s'avère que bien qu'elles ne représentent globalement que de faibles superficies, les flux de carbone et de nutriments y sont très significatifs à l'échelle globale. On sait peu de chose sur le comportement des écosystèmes lagunaires vis-à-vis du CO2 et, encore moins des zones intertidales où les échanges avec l'atmosphère ont lieu alternativement avec l'eau et le sédiment. Les objectifs de cette étude ont été d'une part, d'établir le bilan de carbone échangé entre la lagune d'Arcachon, l'atmosphère et le milieu terrestre, et d'autre part de mettre en relation ces flux avec la production nette de l'écosystème (NEP) afin de mieux caractériser le statut métabolique de celle-ci ainsi que les facteurs environnementaux clés. Pour cela, nous avons mis en place pour la première fois et à différentes saisons et stations, des mesures directes de flux de CO2 par Eddy Corrélation, une méthode fonctionnant en continu pendant l'immersion et l'émersion. En parallèle, les apports de carbone terrestre sous ses différentes formes ont été quantifiés par un suivi annuel sur 9 rivières alimentant la lagune. L'export total de carbone par le bassin versant à travers les eaux de surface des rivières est estimé à 116 t C km-2 an-1 dont 39% est exporté à la lagune sous forme organique dissoute (DOC) du fait de la prédominance de podzols dans le bassin versant. La forte minéralisation de la matière organique terrestre dans les sols et eaux souterraines sursature largement les eaux en CO2 et l'export sous forme de carbone inorganique dissoute (DIC) représente environ 21%. La formulation d'un modèle mathématique, le « StreamCO2-DEGAS », basé sur les mesures de pCO2, de concentrations et de compositions isotopiques en DIC a permis de montrer que 43% de l'export total de carbone était dégazé sous forme de CO2 depuis les rivières vers l'atmosphère, réduisant alors le flux net entrant dans la lagune à 66 t C km-2 an-1. Concernant la mesure de flux verticaux, l'analyse cospectrale ainsi que les résultats obtenus en adéquation avec les contrôles physiques et biologiques aux différentes échelles tidale, diurne et saisonnières, ont permis de valider la méthode de l'Eddy Covariance en zone intertidale. Sur l'ensemble de la période de mesures, les flux de CO2 étaient faibles, variant entre -13 et 19 μmol m-2 s-1. Des puits de CO2 atmosphérique à marée basse le jour ont été systématiquement observés. Au contraire, pendant l'immersion et à marée basse la nuit, des flux positifs ou négatifs ou proche de zéro ont été observés suivant la saison et la station étudiées. L'analyse concomitante des flux de CO2 et des images satellites du platier à marée basse le jour a clairement permis de discriminer l'importance relative des deux cycles métaboliques distincts des principaux producteurs primaires avec (1) les herbiers de Zostera noltii à cycle annuel long, dominant la NEP en été et en automne à la station la plus centrale et (2) les communautés microphytobenthiques, dominant la production primaire brute (PPB) au printemps à la même station et en automne au fond du bassin. Un recyclage rapide de cette production durant l'immersion et l'émersion a aussi clairement été mis évidence. Au vue des différents résultats, la technique d'Eddy Covariance utilisée en zone intertidale laisse envisager d'intéressantes perspectives en termes de connaissances sur les budgets de carbone et les processus écologiques et biogéochimiques dans la zone côtière.

Author: Emily Lloret
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Les objectifs principaux de ce travail étaient d'évaluer l'export de carbone d'une petite île volcanique sous climat tropical humide (Guadeloupe, Petites Antilles), d'estimer l'impact des événements météorologiques extrêmes sur cette exportation, et de déterminer les sources de carbone organique en étiage et crue de ces petites rivières. L'étude s'est portée sur des échantillons d'eau de rivière, de sols et de solutions de sols. Il a été déterminé les concentrations (COD, COP, CID), les compositions isotopiques en carbone (δ13C), et caractérisé la matière organique dissoute par spectrométrie UV-Vis dans ces différents compartiments. Les résultats ont montré que les flux spécifiques annuels de 5.4 et 7.8 tC.km−2.an−1 respectivement pour le COD et le COI sont comparables aux flux spécifiques des grands fleuves. Pour les petites rivières de Guadeloupe, l'export de carbone organique total est plus important que celui de carbone inorganique (12.4 t.km−2.an−1), montrant ainsi l'importance du carbone organique dans le cycle global du carbone. L'export de carbone durant les événements météorologiques extrême représente environ 15% de Pexport de COD, 20% de l'export de COP et 5% de Pexport de CID. Les sources principales de COP sont la litière et les horizons superficiels des sols. Les sources de COD dépendent de l'état hydrologique de la rivière. En étiage le COD vient essentiellement des écoulements de nappe des sols (identification grâce aux solutions de sol collectées par les lysimètres). En crues le COD vient du ruissellement et des écoulements hypodermiques des couches superficielles du sol (identification par les solutions de sol obtenues par extraction en laboratoire).

Author: Guillaume Humbert
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Potentiel stock de carbone dans les horizons minéraux des sols, sources de nutriments et vecteurs de polluants dans les écosystèmes aquatiques, les matières organiques dissoutes (MOD), leurs origines, et leurs transferts des sols à la rivière sont encore mal connus. Cette thèse a pour objectif de caractériser la variabilité temporelle et spatiale de la quantité et de la qualité des MOD des sols et des rivières et d'en identifier les facteurs de contrôle. Ce travail s'appuie sur le bassin versant expérimental de Kervidy-Naizin (Morbihan, Observatoire de Recherche en Environnement AgrHys). Ce site de 5 km2 bénéficie de 13 années de suivi journalier des concentrations en carbone organique dissous (COD) dans la rivière et hautes fréquences des paramètres hydro-climatiques (débit, niveaux piézométriques, climat). Un suivi au moins bimensuel de la quantité et de la qualité des MOD de sols hydromorphes soumis à différents usages (culture, prairie, bois) et de rivières a été réalisé sur 2 cycles hydrologiques. L'exploitation des données long-terme a permis de proposer un schéma complet et cohérent des processus hydrologiques contrôlant les exports de MOD, leur relais dans le temps (en proposant une définition objective des saisons hydrologiques) et leur importance relative variable suivant le contexte climatique de l'année. L'exportation hivernale des MOD produites dans les sols pendant l'été contrôle la dynamique intra-annuelle décroissante des concentrations en COD des eaux de rivière. L'effet compensatoire de ces mécanismes de production et d'exportation explique la relative stabilité des concentrations moyennes annuelles de la rivière. La caractérisation des MOD par spectroscopie de fluorescence 3D, couplée à la modélisation PARAFAC (parallel factor analysis) des matrices d'excitation-émission générées, a permis d'identifier des exportations de MOD d'origine agricole, faiblement aromatiques, protéiques et dérivées de l'activité microbienne. Ces MOD sont exportées saisonnièrement pendant les périodes d'inter-crue des hivers très humides, par remontée de la nappe dans les sols cultivés des versants, et ponctuellement au printemps, lors de crues suivant l'épandage d'effluents d'élevage sur les sols du bassin. L'organisation spatiale des dynamiques temporelles de la quantité et de la qualité des MOD des sols suggère un contrôle hydro-pédo-topographique des différences rapportées. Les MOD faiblement aromatiques des horizons organo-minéraux sont préférentiellement exportées depuis les sols situés dans les pentes de versant. Les MOD exportées depuis les horizons minéraux sont partiellement compensées par les apports de MOD provenant des sols situés en amont. L'instauration de conditions réductrices dans les sols de bas de versant, produit des MOD aromatiques uniquement exportées en crue. La composition et la position dans le bassin des MOD des sols agricoles les rendent donc sensibles au processus d'exportation. La question du devenir de ces MOD est posée.