Dynamics of physico-chemical interactions in the hyporheic zone : influence of floods and dam removal.
Dynamique des interactions physico-chimiques en zone hyporhéique : influence des crues et de la suppression des barrages
Résumé
In the context of the Selune River in France, where two dams are currently being removed to restore hydro-sedimentary continuity in the river, this thesis aimed at understanding the potential impacts of these changes on the dynamics of the hyporheic zone. This zone, crucial for the reproduction of certain species and economic activities, requires in-depth monitoring. To achieve this, a network of autonomous sensors measuring various physicochemical variables was deployed starting in October 2021, for a duration of 2 years. The methodology of this study is based on the analysis of vertical physicochemical gradients in the riverbed sediments, focusing on oxygen and conductivity. The heterogeneity of permeability was also examined through measurements of electrical conductivity. The results revealed significant spatial variations in bed permeability. Specifically, the impact of sediment transport released by the dam removal was observed, causing a decrease in permeability in certain areas. Regarding dissolved oxygen, local variations were related to infiltration and exfiltration regimes, with temporary decreases due to microbial activity in response to organic matter input. Furthermore, the arrival of sediments in May 2022 led to an extended period of anoxia, with potentially significant consequences for aquatic fauna. This research has contributed to a better understanding of the hyporheic zone and emphasized the significant impact of sediment transport on permeability, oxygen dynamics, and clogging phenomena. It has also opened new perspectives for the analysis of hydrothermal properties of the riverbed, water flow, and the use of electrical conductivity measurements to estimate the depth of groundwater-river exchanges, as well as the development of theoretical models to predict the transport and degradation of dissolved elements.
Dans le contexte de la rivière Sélune en France, où deux barrages sont en cours de retrait pour rétablir la continuité hydro-sédimentaire de la rivière, cette thèse s'est fixée pour objectif de comprendre les impacts potentiels de ces changements sur la dynamique de la zone hyporhéique. Cette zone, cruciale dans les cycles hydrologiques ainsi que pour la reproduction de certaines espèces de poisson, demeure mal comprise du fait du faible nombre de donnée disponibles. Pour pallier à ce problème, un réseau de capteurs autonomes mesurant différentes variables physico-chimiques a été déployé à partir d'octobre 2021, sur une durée de 2 ans. La méthodologie de cette étude repose sur l'analyse des gradients physico-chimiques verticaux dans les sédiments du lit de la rivière, en se penchant sur l'oxygène et la conductivité. L'hétérogénéité de la perméabilité a également été examinée grâce à des mesures de conductivité électrique. Les résultats ont révélé des variations spatiales significatives de la perméabilité du lit. En particulier, l'impact du flux sédimentaire lié à l'arasement des barrages a été observé, provoquant une diminution de la perméabilité dans certaines zones. En ce qui concerne l'oxygène dissous, les variations observées sont liées aux régimes d'infiltration et d'exfiltration, avec possiblement des baisses temporaires dues à l'activité microbienne en réponse à l'apport de matière organique. De plus, l'arrivée de sédiments en mai 2022 semble avoir entraîné une période prolongée d'anoxie, avec potentiellement des conséquences majeures pour la faune aquatique. Cette recherche a contribué à une meilleure compréhension de la zone hyporhéique et a souligné l'impact significatif du flux sédimentaire sur la perméabilité, la dynamique de l'oxygène et le phénomène de colmatage. Elle a également ouvert de nouvelles perspectives pour l'analyse des propriétés hydrothermiques du lit de la rivière, des flux d'eau et l'utilisation de mesures de conductivité électrique pour estimer la profondeur des échanges nappe-rivière, ainsi que le développement de modèles théoriques pour prédire le transport des éléments dissous et leur dégradation.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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