Transport de carbone organique dissous dans un bassin versant agricole à nappe superficielle - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Transport de carbone organique dissous dans un bassin versant agricole à nappe superficielle

Résumé

Increasing dissolved organic carbon (DOC) concentrations have been reported during the last four decades in streams from Northern Europe and North America. The aim of this thesis is to improve our knowledge on the main sources of DOC, the mechanisms that control the delivery of DOC to the stream and to quantify the role of hydro-climate and its variability on the production and transfer of DOC. This study takes place in a small agricultural experimental catchment, Kervidy-Naizin, located in Western France. We try to interpret mid-term daily time-series (7 years), and hourly time-series (8 floods) of DOC, by analysing the major climatic/hydrological factors considered as the principal regulators of DOC production and delivery to the stream. Finally a simple model have been developed to test some of the hypothesis suggested by the data analysis . We identified superficial layers of the valley bottom soils as the main source of DOC. From autumn to spring, this allochtonous component represents the major part of the flux of DOC in the river and is relayed by an autochtonous contribution in summer. A seasonal analysis identified two kinds of allochtonous sources: one source is only significant in autumn, and its size is limited,and appears to depend on the time of oxygenation of the superficial layers in the valley bottom during the previous summer; the second source is dominant from winter to spring, and seem to be non-limiting whatever the climatic conditions. We supposed that this second component correspond to the soil humic substances located in the valley bottom. The nature of the first one remains to be elucidated. While the Kervidy Naizin catchment is heavily affected by the intense agriculture activities as revealed by the average streamwater nitrate concentration of 80 mg.l-1, this study shows that the sources of DOC here is not essentially different from that observed in alpine or/and forested catchments. Hydro-climatic factors such as the water table variations or the temperature do not seem to have had any effects on the annual mean DOC concentration. Neither the deepening of the water table depth nor the extremely warm 2003 summer produced any increases of the mean annual DOC concentrations, which remained stable at 5.5 mg.l-1. As a whole, climatic factors may play a role in the observed DOC trends but this role likely occurs with interaction with others, yet unidentified, factors. The modelling approach confirmed the role of the superficial layers of the wetland soil as the principal source of DOC to the stream and the existence of an autochtonous production during summer. Complementary studies need to be conducted to determine the exact nature of DOC sources and to identify more precisely the production and decomposition dynamics of DOC.
Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de l'identification des facteurs à l'origine de l'augmentation des concentrations en carbone organique dissous (COD) observée ces dernières années dans un grand nombre de rivières d'Europe et d'Amérique du Nord. Elle vise à mieux comprendre les mécanismes de transfert du COD des sols vers les rivières, et à identifier et quantifier le rôle de l'hydro-climat et de sa variabilité sur la production et le transfert de COD. Pour atteindre cet objectif, une série long-terme (8 ans) et horaire (8 crues) décrivant la variabilité des teneurs en COD enregistrée dans la rivière à l'exutoire du bassin-versant agricole de Kervidy-Naizin a été confrontée à la variabilité des principaux facteurs hydro-climatiques censés contrôler la production et le transfert de COD. Un travail de modélisation a finalement permis de tester certaines des hypothèses avancées. Nous avons ainsi identifié les horizons superficiels des sols des zones de bas fond comme la principale source de COD. De l'automne jusqu'au printemps, cette composante allochtone représente l'essentiel du flux de COD transitant à l'exutoire et devient relayée par une composante autochtone en été. L'analyse des variations saisonnières des apports allochtones de COD révèle la présence de deux compartiments producteurs de COD au niveau du sol: i) un compartiment mobilisé uniquement en automne, dont la taille est finie et parait être sous la dépendance de la durée du retrait de la nappe hors des horizons organiques pendant l'été précédent; ii) un compartiment mobilisé en hiver et au printemps, dont la taille paraît, elle, indépendante des conditions climatiques. Nous supposons que ce deuxième compartiment correspond au fond humique "ancien" des sols des zones de bas fond, la nature du premier compartiment restant, elle, à élucider. La localisation des zones sources du COD aux zones humides de bas-fond déduite dans ce travail est comparable aux résultats publiés sur des bassins versants forestiers et alpins. Ainsi, l'activité agricole intensive pratiquée sur ce bassin versant ne semble pas avoir d'effet sur la dynamique du transfert du COD, alors qu'elle modifie profondément la chimie de l'eau. Dans notre étude, les variables hydro-climatiques telles que la température et/ou la hauteur de nappe n'influencent les transferts de COD qu'à l'échelle d'une saison, l'automne. Aucun effet n'est détecté à l'échelle annuelle. En particulier, l'épisode caniculaire de 2003 où l'augmentation progressive de la profondeur estivale de la nappe enregistrée sur la période d'étude ne crée pas d'augmentation long-terme de la teneur moyenne annuelle en COD celle-ci restant stable (5,5 mg.l-1). Ce résultat suggère que le réchauffement climatique actuel n'est probablement pas la cause de l'augmentation des teneurs en COD observée dans beaucoup de rivières de part le monde. Le travail de modélisation a permis, entre autre, de confirmer la localisation de la source principale du COD dans les horizons superficiels des sols des zones de bas de versant, ou l'existence d'une production autochtone de COD dans la rivière en été. Néanmoins des travaux complémentaires semblent nécessaires pour déterminer la nature exacte des sources du COD ainsi que leur dynamique de production et de décomposition.
Fichier principal
Vignette du fichier
These_BrunoMorel_2008.pdf (62.3 Mo) Télécharger le fichier

Dates et versions

tel-00440196 , version 1 (09-12-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00440196 , version 1
  • PRODINRA : 248697

Citer

B. Morel. Transport de carbone organique dissous dans un bassin versant agricole à nappe superficielle. Sciences de la Terre. Agrocampus - Ecole nationale supérieure d'agronomie de rennes, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00440196⟩
575 Consultations
305 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More