Analyse et modélisation de l'eutrophisation de la Loire

Analysing and modelling eutrophisation in the Loire river

• Auteur / Autrice : Camille Minaudo
• Direction : Florentina Moatar-Bertrand, Nathalie Gassama
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences environnement
• Date : Soutenance le 04/12/2015
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : GéoHydrosystèmes COntinentaux (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Chantal Gascuel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Curie, Gilles Billen, Julien Némery
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Pierre Descy, Thomas Hein

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Pollution par les nutriments

Effets de l'eutrophisation

Eau -- Teneur en carbone

Biogéochimie

Modèles mathématiques

Loire (France ; cours d'eau)

France

Eutrophisation

Mots clés libres

Eutrophisation des fleuves

Évolutions long-terme

Fonctionnement biogéochimique

Modélisation hydrobiogéochimique

Nutriments

Carbone organique

Loire

River eutrophication

Long-term trends

Biogeochemical functioning

Hydrobiogeochemical modelling

Nutrients

Organic carbon

Loire River

Résumé

Ce travail a pour objectif d’étudier les conditions physicochimiques qui causent dans la Loire des développements excessifs de phytoplancton, et de mettre en évidence les modifications des équilibres biogéochimiques qui en résultent. L’analyse des variables de l’eutrophisation a été conduite sur plusieurs niveaux d’échelle temporelle et spatiale, sur la base de longues chroniques de qualité de l’eau (1980- 2012), de données acquises à l’échelle journalière pendant la thèse (2012-2014), et d’un modèle numérique biogéochimique à résolution horaire. Depuis les conditions hypereutrophes des années 1980, la biomasse phytoplanctonique qui se développe en période estivale a été réduite d’un facteur 2,5 dans la Loire et dans ses affluents, de manière concomitante avec la baisse généralisée d’un facteur 3 des teneurs en phosphore biodisponible, liée au contrôle des rejets ponctuels urbains et industriels. Le fleuve de la Loire (France) reste cependant sensible à l’eutrophisation, du fait d’une forte pression agricole et urbaine, des étiages prononcés, et une morphologie fluviale à chenaux multiples qui ralentit l’écoulement, laissant pleinement au phytoplancton le temps de se développer. Lorsque les conditions hydrologiques le permettent, le développement du phytoplancton impacte fortement le fonctionnement de l’écosystème, en agissant significativement sur les cycles biogéochimiques des nutriments, du carbone et de l’oxygène.

This thesis aims at studying the physical and chemical causes and consequences that result from excessive phytoplankton growth in the Loire River. The analysis identified some parameters characterizing river eutrophication and was conducted on several spatial and temporal scales. This was based on long-term water quality time-series (1980-2012), a daily survey carried out during this work (2012-2014), and the numerical modeling of the river biogeochemical functioning with an hourly resolution. Phytoplankton development in summer was reduced 2.5-fold in the Loire River and in the main tributaries, synchronously with the generalized reduction 3-fold of bioavailable phosphorus as a result of controlling and limiting phosphorus point sources. However, the Loire River remains sensitive to eutrophication, with a significant urban and agricultural pressure, low water levels in summer, and its multiple channels morphology slowing down the water velocity. All these factors combined favor phytoplankton development. When hydrological conditions are favorable, phytoplankton grows and significantly affects the ecosystem functioning, with an impact on nutrients, carbon and oxygen biogeochemical cycles.