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Theses Year : 2017

Sedimentary phosphorus mobility in the context of hydroelectric dam reservoirs

Mobilité du phosphore sédimentaire en contexte de retenues de barrage hydroélectrique

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Abstract

Internal sedimentary phosphorus (P) load cause delay time in eutrophication recovery, especially in dam-reservoir systems where P stock are important. Then, the study of sedimentary P mobility in dam-reservoirs allow to better explain P geochemistry in this context and further to adapt management restauration policies. This study highlights the impact of three cascade dams (Age Complex, Creuse, France) on the distribution of sedimentary P along a fluvial continuum. In the impoundments studied, TP levels averaged 1.59 ± 0.51 mgP /g DW and increased towards dams. This contrast with the low and constant concentrations observed in the fluvial parts. In reservoirs, chemical fractionation showed that more than 50% of the extracted P was associated with the ascorbate fraction. The association of P to amorphous Fe oxi-hydroxides in the fine particles accumulated closed to the dam is the major factor explaining the longitudinal variations of the TP contents. In addition, the high levels of P associated with these redox-sensitive phases and the development of a hypoxic hypolimnion in studied reservoirs reveal the high potential for sediment P mobilization. Moreover, in aerobic conditions, a risk of mobilization resulting from an equilibrium concentration between solute and solid fraction exists. The determination of the EPC0 threshold value underlined the spatial evolution of the sink / source role of the sediment with respect to the P, between the reservoirs of the same complex. Finally, the study of sedimentary P mobility in the laboratory, following two successive aerobic and anaerobic cycles, showed that redox potential oscillation observed in the reservoirs, favors the mobilization of the sedimentary P. The geochemistry of iron and the quality of dissolved organic matter appear to be involved in the mobility of P.
La charge interne en phosphore (P) sédimentaire stockée dans les retenues de barrages retarde la restauration du processus d’eutrophisation. Ainsi, l’étude de la mobilité du P sédimentaire dans les retenues de barrage permet d’une part de comprendre son cycle géochimique dans ces systèmes, d’autre part de mieux appréhender les politiques de gestions de restauration des milieux. Cette étude met en évidence l’impact de trois barrages en cascade (Complexe de l’Age, Creuse, France) sur la distribution du P sédimentaire le long d’un continuum fluviatile. Dans les retenues étudiées, les teneurs en TP sont en moyenne de 1,59 ± 0,51 mgP/gsec et augmentent en direction des barrages. Ceci contraste avec les faibles teneurs observées dans les parties fluviatiles. Dans les réservoirs, le fractionnement chimique a montré que plus de 50% du P extrait était associé à la fraction ascorbate. L’association du P avec les oxy-hydroxydes de Fe amorphes dans les particules fines des sédiments accumulées près du barrage, s’avère être le facteur majeur expliquant les variations longitudinales des teneurs en TP. De plus, ces fortes teneurs associées à ces phases redox-sensibles et la mise en évidence d’un hypolimnion anoxique, révèle le fort potentiel de mobilisation de P sédimentaire dans ces retenues. En condition aérobie, un risque de mobilisation résultant d’un équilibre des concentrations en P entre soluté et fraction solide existe néanmoins. La détermination de valeur seuil EPC0 a souligné l’évolution du rôle de puits/source du sédiment vis-à-vis du P entre les retenues d’un même complexe. Enfin, l’étude de la mobilité du P sédimentaire en laboratoire, suite à deux cycles successifs aérobies et anaérobies montre que l’oscillation du potentiel d’oxydo-réduction, observé dans les retenues, favorise la mobilisation du P sédimentaire. La géochimie du Fe et la qualité de la matière organique dissoute semble être tous les deux impliqués dans la mobilité du P.
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Cite

Anne Rapin. Mobilité du phosphore sédimentaire en contexte de retenues de barrage hydroélectrique. Sciences de la Terre. Université de Limoges, 2017. Français. ⟨NNT : 2017LIMO0097⟩. ⟨tel-03349190⟩
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