Dynamique de transfert des matières organiques et inorganiques le long du continuum fluvial de la Garonne : impact de la retenue de Malause

Dynamic of the transfert the organic and inorganic matter a long the fluvial continuum of the Garonne river : impact of the malause reservoir

• Auteur / Autrice : Mohamadou Mamoudou
• Direction : Jean-Luc Probst, Micky Tackx
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosystèmes, écosystèmes et environnement
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets des barrages

Composés organiques

Isotopes stables

Garonne (cours d'eau)

Phytoplancton d'eau douce

Mots clés libres

Continuum fluvial

Surfaces spécifiques

Malause

Résumé

Les fleuves sont à l'origine des transferts de matières organiques et inorganiques des continents vers les océans. Ces matières peuvent être séparées par filtration (généralement à 0,45 ou 0,22µm) entre une phase particulaire et une phase dissoute. Le devenir des formes organiques va dépendre de leurs origines. Les formes labiles sont souvent rapidement minéralisées lors de leur transfert tandis que les formes réfractaires ont un comportement conservatif. Nous avons étudié la dynamique de toutes les formes (dissoutes et particulaires) de matières organiques et inorganiques le long du continuum fluvial de la Garonne moyenne ainsi que dans la retenue de Malause. Cette retenue constitue la dernière discontinuité hydrologique sur le continuum fluvial. Nos résultats montrent que le continuum fluvial de la Garonne moyenne est un important puits de matières en suspension, COP, NOP et une source de phytoplancton, toutes périodes hydrologiques confondues. Chla et silice dissoute sont stockées en périodes de basses eaux et remobilisées en périodes de hautes eaux. Seul le phosphore total dissous montre une forte remobilisation à l'aval de l'agglomération toulousaine. Les rétentions de matières ont lieu en hautes eaux sur le continuum au niveau des méandres et dans les zones couvertes de végétation riparienne dense. En étiage les rétentions sont dues à la consommation biologique (végétation, phytoplancton, biofilm, bactéries, …). Les phénomènes d'adsorption sur le complexe périphyton-sédiments sont également responsables du stockage de certains éléments, notamment le phosphore. Des exportations vers le milieu macroporeux du fleuve contribuent également aux stockages de matières (MES, COD). La production phytoplanctonique reste faible sur le continuum fluvial. Elle est apportée sur la Garonne par la dérive des algues benthiques qui pourraient provenir du biofilm. L'essentiel de la production du phytoplancton est cependant apportée par les affluents. Les signatures isotopiques (δ13C) des matières organiques (COD, COP) transportées par la Garonne montrent une très faible différence entre les périodes hydrologiques. Les signatures isotopiques de l'azote (δ15N) montrent par contre un très fort enrichissement en étiage au niveau des affluents. Cet enrichissement traduit une forte activité microbienne qui est à l'origine d'une biodégradation de l'azote issu des rejets anthropiques. L'analyse des surfaces spécifiques des sédiments de fond du continuum montre que la Garonne possède des surfaces faibles par rapport à d'autres fleuves du monde (Amazone, Mississipi) du fait des teneurs faibles en argiles dans ses sédiments de fond. Ces faibles teneurs en argiles n'ont pas permis de mettre en évidence de relation entre les teneurs en COP et les surfaces spécifiques. La retenue de Malause montre à l'échelle annuelle une rétention de MES, COP, phytoplancton, Chla et phosphore, contrairement au continuum fluvial, et dans une moindre mesure, de la silice dissoute. On observe une faible remobilisation de COD et NTD. Le phytoplancton de la retenue est apporté principalement par le Tarn, bien que nous observions une nette production de Chla en étiage dans la retenue, nous n'avons pas trouvé d'espèces spécifiques à la retenue. Celles qui se développent en basses eaux sont issues des blooms printanier et estival du Tarn. La contribution de la Garonne au phytoplancton de Malause est faible et vient des diatomées essentiellement benthiques alors que le Tarn montre une production plutôt pélagique. Les teneurs en COP des sédiments de fond de la retenue montrent une nette augmentation. On est donc dans le cas d'une discontinuité qui piège le COP contrairement à d'autres zones d'accumulation de sédiments tels les estuaires ou les deltas où le COP est en partie minéralisé. L'étude des signatures isotopiques du carbone et de l'azote montre une succession de dépôts sédimentaires (appauvris en 13C et enrichis en 15N puis l'inverse), mettant en évidence une superposition de matériaux d'origines différentes (érosion des sols, production phytoplanctonique). Cette succession traduit aussi la double influence de la Garonne et du Tarn sur les dépôts sédimentaires de la retenue de Malause.

Rivers are mainly responsible for organic and inorganic matter transfers from continents to oceans. These matters can be separated by filtration (generally at 0,45 or 0,22µm) into particulate and dissolved phases. The behaviour of organic fractions depends on their origin. The labile fractions are often rapidly mineralized during their transfer, whereas the refractory fractions have a conservative behaviour. We studied the dynamic of all organic and inorganic fractions (dissolved and particulate) along the river continuum of the middle Garonne as soon as accross the Malause reservoir. This dam represents the last hydrological discontinuity along the river continuum. Our results show that, over all the hydrological periods, the river continuum of the middle Garonne is an important sink for suspended matters, POC and PON, while it is a source for phytoplankton. Chla and dissolved silica are stored during the low water periods and remobilized during the high flows. TDP only shows important remobilizing downstream from the urban agglomeration of Toulouse. Retentions of matters during the high water periods take place along the river continuum in meanders and in areas covered by dense riparian vegetation. During low water periods, retentions are due to biological uptakes (vegetation, phytoplankton, biofilm, bacteria…). Adsorption processes on periphyton-sediment complexes are also responsible for storage of some elements, particularly phosphorus. Exportations towards the macroporous riverine environment also contribute to matter storage (TSM, DOC). The phytoplanctonic production remains very low along the river continuum. It is supplied to the Garonne river by benthic algae drift which could be produced by biofilm. Nevertheless, the main phytoplankton production originates from the different tributaries. The isotopic signatures (δ13C) of organic matters (POC, DOC) carried by the Garonne river show very few differences between the different hydrological periods. On the opposite, nitrogen isotopic signatures (δ15N) exhibit a strong enrichment during the low water periods on the different tributaries. This δ15N increase is due to a high microbial activity which is responsible for biodegradation of nitrogen from sewage effluents. Specific surface areas of Garonne river bottom sediments are very low compared to other world rivers (Amazon, Mississippi) because of low clay contents in the Garonne bottom sediments. These low clay contents did not allow us to put in evidence a relationship between POC content and specific surface areas. The Malause reservoir shows on a yearly basis retentions of TSM, POC, phytoplankton, Chla and phosphorus, contrary to the river continuum, and, to a lesser extend, of dissolved silica. We can observe a low remobilizing of DOC and TDN. In the reservoir, the phytoplankton is mainly supplied by the Tarn tributary. Even if we can observe a net Chla production within the reservoir during low water periods, we never found specific phytoplanctonic species in the reservoir. Those measured during low water periods, originate from spring and summer blooms in the Tarn tributary. The Garonne contribution to the Malause reservoir phytoplankton is low and originate mainly from benthic diatoms. Whereas in the Tarn tributary, the production is rather pelagic. POC contents in the reservoir bottom sediments show a clear increase. The Malause reservoir represents a discontinuity which is trapping the POC, contrary to other sediment deposition areas like estuaries and deltas in which POC is partly mineralized. Carbon and nitrogen isotopic signatures exhibit a sequence of sediment deposits (13C impoverished and 15N enriched, and vice versa), showing an overlapping of sedimentary materials from different origins (soil erosion, phytoplankton production). It corresponds also to a mixed influence of Garonne and Tarn river contributions to the sedimentary deposits of Malause reservoir