Modélisation de la bioturbation et de ses conséquences sur les flux de remise en suspension des sédiments cohésifs en baie de Marennes-Oléron

A model for bioturbation and its consequences on resuspension of fine-grained sediment in the bay of Marennes-Oléron

• Auteur / Autrice : Francis Orvain
• Direction : Pierre Miramand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanologie biologique et environnement marin
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : La Rochelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sédiments marins

Vase (dépôt)

Animaux benthiques

Atlantique, Côte de l'Atlantique

Plantes benthiques

Résumé

La remise en suspension des sédiments cohésifs est connue pour engendrer un accroissement des niveaux de turbidité et de biomasse chlorophyllienne de la colonne d'eau. Ce processus, déterminé par les facteurs hydrosédimentaires, est également modulé par les activités de bioturbation dues à la macrofaune benthique. L'objectif de cette étude était de développer un modèle de bioturbation sous influence des fluctuations environnementales des propriétés de l'interface eau/sédiment. Ce modèle déterministe permet de simuler les effets des deux espèces dominantes sur les vasières de la baie de Marennes-Oléron : le gastéropode Hydrobia ulvae et le bivalve Scrobicularia plana. Le gastéropode H. Ulvae contribue à former une ''matrice biogénique'' par une création de traces alors que le bivalve S. Plana y participe par une production de pseudofécès. Ces deux processus ont été modélisés sur la base de résultats expérimentaux et pris en compte dans un modèle 1DV de transport sédimentaire pour simuler la succession de deux phases d'érosion : (1) celle de la '' matrice biogénique '' et (2) celle du lit de sédiment. Les variables forçantes du modèle sont la densité des animaux, la durée de bioturbation et la teneur en eau. Le développement microphytobenthique est un autre facteur essentiel à intégrer. Les concepts du modèle ont été testés sur la vasière de Montportail-Brouage lors d'expériences in situ. Les processus de dessiccation et le développement microphytobenthique régulent les activités de bioturbation, dont la participation à l'érodabilité varie alors selon la saison. Les populations naturelles de S. Plana ont un impact majeur sur l'érodabilité des sédiments de la haute slikke. Aucun effet biostabilisateur dû au microphytobenthos n'a été obtenu alors que le statut physiologique du biofilm détermine sa propre érosion. Cette étude des processus benthiques et l'utilisation du modèle peuvent permettre d'améliorer la compréhension du fonctionnement des vasières intertidales.

Resuspension of sediment top layers is known to enhance both water turbidity and planktonic biomass of water colulmn. This process is primarily governed by hydrosedimentary factors but is also controlled by biological activities, namely bioturbation. The aim of this study is to provide a model of bioturbation under influence of rapidly varying features of the sediment-water interface. A deterministic model has been developed to reproduce experimental results which were obtained in flume with the two dominant species on mudflats of the bay of Marennes-Oléron : the gastropod Hydrobia ulvae and the bivalve Scrobicularia plana. H. Ulvae creates a biogenic fluff layer by forming tracks while S. Plana contribution is ensured by biodeposit production and especially pseudofaeces. Both processes have been modelled and incorporated into a 1DV model of sediment transport to reproduce the observed succession in time of the biogenic fluff layer and bed erosion phases. Forcing variables of the model are animal density, bioturbation time and sediment water content. The microphytobenthic development has also been found to decrease the intensity of bioturbation activities in laboratory. The relevance of macrofauna effects on bed erodability through the materialisation of a biogenic fluff layer has been verified over the Montportail-Brouage mudflat. A major impact of S. Plana has been found on the upper parts of the mudflat in agreement with laboratory studies and model predictions. In this study, stabilising effects of fine-grained sediments due to microphytobenthos took place neither in laboratory nor in the field. Interestingly, this model is reliable to quantify the consequences of bioturbation activities on sediment resuspension under various natural conditions. The outcomes are expected to be very important for sediment transport as well as trophic web studies since bioturbation activities have been found to emphasise the chl a supply towards the water column.