Les thèses soutenues dans le cadre du GEPMO

 

 

Les activités de recherche menées dans le cadre du GEPMO font l'objet de thèses de doctorat.


Les manuscrits sont téléchargeables via le site Thèse en ligne.

 

 

Liste des thèses soutenues:

 

2009: Transport de Carbone Organique Dissous dans un bassin versant agricole à nappe superficielle.


2011: Validation de l'utilisation des stéroïdes en tant qu'outil de traçage de l'origine des contaminations fécales des eaux de surface.

 

2013: Sources, production et transfert de carbone organique dissous dans les bassins versants élémentaires sur socle: apports des isotopes stables du carbone.

 

 

 

thèse bruno morelTransport de Carbone Organique Dissous dans un bassin versant agricole à nappe superficielle.

 

Thèse présentée par Bruno Morel le 13 février 2009


Travaux effectués à l'UMR 1069 SAS INRA-Agrocampus Ouest


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Résumé:


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 haute-fréquence décrivant la variabilité des teneurs en COD enregistrée dans la rivière à l'exutoire du bassin-versant agricole de Kervidy-Naizin (ORE Agrhys) a été confrontée à la variabilité des principaux facteurs hydroclimatiques censés contrôlés la production et le transfert de COD (pluviométrie, débit, hauteur des nappes, température de l'air et du sol). Cette analyse a été complétée par une analyse des résultats obtenus (teneurs en COD; débits de l'eau) lors du suivi au pas de temps horaire de 8 événements de crue survenus sur ce même bassin. Ce travail d'acquisition et d'analyse de données a été complété par un travail de modélisation qui a permis de tester certaines des hypothèses avancées suites à l'analyse des données de terrain.


Ces travaux ont permis d'identifier les horizons superficiels des sols des zones de bas fond comme la principale source de COD. Les apports de COD en provenance de ces zones représente l'essentiel du flux de COD transitant à l'exutoire de l’automne jusqu’au printemps, cette composante allochtone étant relayée par une composante autochtone (phytoplancton) 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 l'amplitude du retrait en profondeur de la nappe l'été précédent (de fait, la taille de ce compartiment apparait positivement corrélée avec la profondeur d'enfouissement estivale); ii) un compartiment mobilisé en hiver et au printemps, dont la taille parait, 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 location des zones sources du COD au zones humides de bas-fond telle que déduite par l'analyse des données acquises sur le bassin-versant agricole de Kervidy-Naizin 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 (teneur en nitrate de 80 mg/l en moyenne à l'exutoire).


Dans le cas du bassin-versant étudié, 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 ou l'augmentation progressive de la profondeur estivale de la nappe enregistrée sur la période d'étude ne créent pas d'augmentation long-terme de la teneur moyenne annuelle en COD celle-ci restant stable (5,5 mg/l). Ce résultat suggère que le réchauffement climatique actuel n'est probablement pas la cause de l'augmentation des teneurs en COD observées dans beaucoup de rivières de part le monde.


Le travail de modélisation a permis de confirmer certaines des hypothèses issues de l'analyse des données de terrain, notamment 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 (notamment en automne) ainsi que leur dynamique de production et de décomposition. Plusieurs pistes sont évoquées et brièvement discutées en fin de thèse.

 

 

 

ACP stanolValidation de l'utilisation des stéroïdes en tant qu'outil de traçage de l'origine des contaminations fécales des eaux de surface.

 

Thèse présentée par Morgane Derrien le 10 novembre 2011


Travaux effectués à l'UMR 6118 Géosciences Rennes CNRS-Université de Rennes 1


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Résumé:


Les contaminations fécales d'origine humaine ou animale contribuent à la dégradation des écosystèmes et affectent la qualité de l'eau avec des risques pour la santé publique par l'exposition à des agents pathogènes. Afin de réduire ces risques et d'améliorer la qualité de l'eau, il est nécessaire de développer des outils capables d'identifier les sources de contaminations fécales. Cet enjeu est exacerbé en Europe par le durcissement des directives sur les eaux de baignade et les eaux conchylicoles et l'obligation de procéder à l'identification et à la hiérarchisation des sources de contaminations. Cette thèse s'est attachée à valider l'utilisation des stéroïdes en tant que traceurs des sources de contaminations fécales des eaux de surface. La méthode utilisée est basée sur une analyse en composante principale de six stanols fécaux. L'approche scientifique a été menée en trois étapes, de l'échelle moléculaire à l'échelle du bassin versant. La spécificité des stéroïdes et l'homogénéité des sources ont été étudiées sur des déjections bovines, porcines et sur des influents, effluents et boues de stations d'épuration domestiques. Puis, la conservation et la persistance des empreintes stéroïdes ont été évaluées au cours du transport des échantillons sources vers le milieu naturel récepteur par des expérimentations en conditions contrôlées. Enfin, la méthode développée a été validée à l'échelle de deux bassins versants sujets à des contaminations fécales récurrentes multi-sources. L'ensemble des résultats obtenus au cours de ce travail permettent de valider l'utilisation des stéroïdes en tant que traceurs opérationnels de l'origine des contaminations fécales.

 

 

 

Sources, production et transfert de carbone organique dissous dans les bassins versants élémentaires sur socle: apports des isotopes stables du carbone.

 

Thèse présentée par Thibault Lambert le 21 mars 2013


Travaux effectués à l'UMR 6118 Géosciences Rennes CNRS-Université de Rennes 1


 

 

 

 

Résumé:


Le carbone organique dissous (COD) est un élément important des rivières de par son influence sur la qualité des milieux aquatiques et son impact sur le cycle du carbone. Dans les bassins versants de tête, l’exportation du COD par les cours d’eau est principalement contrôlée par les apports de matières organiques des sols (MOS) et se produit principalement lors des épisodes de crue. Cependant, la question de la localisation spatiale des réservoirs de COD ainsi que leur capacité à exporter du COD reste une question ouverte.


Cette thèse porte sur l’étude des mécanismes d’exportation du COD et de son origine spatiale au sein des bassins versants élémentaires sur socle, et plus particulièrement sur le site expérimental de Kervidy-Naizin (Morbihan, appartenant à l’Observatoire de Recherche en Environnement AgrHys). L’utilisation de la composition en isotopes stables du carbone du COD ainsi que le suivi haute fréquence des différents compartiments du bassin versant et du cours d’eau lors d’un cycle hydrologique complet constituent deux aspects novateurs de la thèse par rapport aux études précédentes.


Les résultats du suivi de terrain effectué au cours du cycle hydrologique 2010-2011 mettent en avant l’existence d’un relais saisonnier dans les sources et mécanismes de production alimentant le compartiment COD du sol des zones humides de bas-fond, qui constituent par ailleurs la source majeure de COD à l’échelle du bassin versant. La dynamique saisonnière de la nappe le long du versant apparaît être le facteur de contrôle principal de ce relais. De plus, la mise en charge de la nappe dans le domaine amont du bassin entraine la mobilisation du réservoir de COD de versant enrichi en 13C vers le réservoir de COD des zones humides appauvri en 13C, mettant ainsi en évidence la contribution des sols de versant à l’exportation du COD par le cours d’eau. Cependant, et contrairement aux sols des zones humides, la capacité des sols de versants à délivrer du COD semble limitée en raison d’un appauvrissement rapide de ce réservoir au cours de la période hivernale. La différence de composition isotopique entre les deux réservoirs a permis pour la première fois de quantifier leurs apports respectifs aux flux de COD exporté lors de six crues échantillonnées au cours de la période de hautes-eaux. Ainsi, la contribution du COD de versant s’avère significative lors des premières crues hivernales (40% au flux total de COD exporté) mais reste limitée à l’échelle du cycle hydrologique en raison de l’appauvrissement du réservoir. Au vu de la contribution majeure des zones humides sur le flux annuel de COD, l’exportation du COD dans les bassins versants sur socle apparaît être donc limitée par le transport.


Un résultat majeur de la thèse est l’identification de deux réservoirs principaux de COD à l’échelle du bassin versant, dont la différence de capacité à délivrer du COD contrôle la dynamique saisonnière des teneurs en COD du cours d’eau. De plus, un autre résultat majeur de la thèse est la mise en avant du fort potentiel des isotopes stables du carbone en abondance naturelle pour tracer les sources de COD dans les hydrosystèmes, en établissant à la fois les grands principes et les limites de cet outil.


Mise à jour le Mardi, 16 Avril 2013 08:46