Identification et modélisation des processus à l'origine des transferts de phosphore dissous dans un bassin versant agricole

Identification and modelling of processes controlling dissolved phosphorus transfer in an agricultural catchment

• Auteur / Autrice : Rémi Dupas
• Direction : Chantal Gascuel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement
• Date : Soutenance le 16/11/2015
• Etablissement(s) : Rennes, Agrocampus Ouest
• Ecole(s) doctorale(s) : SCIENCES DE LA MATIERE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR : Sol Agro et hydrosystème Spatialisation

Mots clés

Mots clés libres

Phosphore

Agriculture

Bassin versant

Nappe

Zone humide

Phosphorus

Agriculture

Catchment

Groundwater

Wetland

Résumé

Le phosphore (P) est un facteur de contrôle de l’eutrophisation. Sa présence dans les masses d’eau est liée en partie à des émissions diffuses agricoles. L'objectif de cette thèse a été d'identifier et de quantifier les mécanismes à l'origine des transferts de P diffus, par une démarche intégrant analyse de données d'observations multi-échelle et modélisation.L'analyse d'une chronique de chimie de l'eau à l'exutoire d'un petit bassin versant agricole a révélé que les formes particulaires et dissoutes du P avaient des origines différentes dans le paysage, et étaient transférées de manière indépendante. Le P particulaire provient des sédiments du cours d'eau, de l'érosion des berges et occasionnellement d'épisodes érosifs dans les versants. Le P dissous provient des sols de la zone riparienne; il est transféré par écoulement de subsurface lorsque les fluctuations de nappe créent une connexion hydrologique avec la rivière.Un suivi multi-site de la concentration en P dans l'eau des sols ripariens a permis de mettre en évidence que la nappe agissait non seulement sur le transfert, mais aussi sur la solubilisation du P. Deux moments importants ont été identifiés : la période de sécheresse estivale est favorable à la constitution d'un pool de P mobile dans les sols, exporté à l'automne; lorsque la nappe stagne dans les sols, la dissolution réductrice des oxydes de Fer provoque un second relargage de P. Un modèle couplé hydrologie-biogéochimie a permis de préciser le rôle de la nappe, de la teneur en P des sols et des variations d'humidité et de température. Une analyse de l'

Phosphorus (P) is a controlling factor of eutrophication. Its presence in water bodies is partly due to agricultural diffuse emissions. The objective of this thesis was to identify and quantify the processes controlling diffuse P transfer, with an approach combining analysis of multi-scale observation data and modelling.Analysis of a water chemistry time series acquired at the outlet of a small agricultural catchment revealed that particulate and dissolved P forms had different spatial origin within the landscape, and were transferred through distinct mechanisms. Particulate P originates from stream bed sediments, bank erosion and occasionally from erosion on hillslopes. Dissolved P originates from riparian soils; it is transferred via subsurface flow when the water table fluctuations create a hydrological connection with the stream.Multi-site monitoring of P concentration in the soil pore water of the riparian zone evidenced that groundwater fluctuations controlled not only P transfer, but also its solubilisation. Two critical moments were identified: the summer dry period is favourable for the build-up of a pool of mobile P forms in soils, which is transferred in the autumn; when groundwater stagnates in soil in anoxic conditions, reductive dissolution of iron oxides causes a second P release. A coupled hydrological-biogeochemical model confirmed the hypotheses regarding the role of groundwater fluctuation, the soil P content and variability in soil temperature and moisture. An assessment of the information content in the data and the propagation of uncertainty enab