Dynamique spatio-temporelle des flux naturels et anthropiques vers les hydrosystèmes littoraux tributaires des eaux souterraines : Investigations isotopiques et géochimiques pour la compréhension des interactions aquifères-lagune sur le site de Biguglia (Haute-Corse)

Spatio-temporal dynamics of natural and anthropogenic flows towards coastal groundwater-dependent hydrosystems : Isotopic and geochemical investigations for the understanding of aquifer-lagoon interactions within the Biguglia system (Haute-Corse)

• Auteur / Autrice : Mélanie Erostate
• Direction : Frédéric Huneau, Emilie Garel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Univers
• Date : Soutenance le 17/03/2020
• Etablissement(s) : Corte
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnement et sociéte (Corte ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université de Corse (1975-....). UMR CNRS 6134 "Sciences pour l'Environnement" (SPE)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emilie Garel, Paulo Baisch, Robert Van Geldern, Hélène Celle-Jeanton, Vanina Pasqualini, Marie Garrido
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paulo Baisch, Robert Van Geldern

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biguglia (Haute-Corse) -- Etang

Urbanisation

Littoraux

Eaux souterraines -- Gestion

Mots clés libres

Aquifères côtiers

Approche multi-traceurs

Capacité d’archivage des eaux souterraines

Legs nitraté

Gestion intégrée des ressources en eaux

Coastal aquifers

Multi-tracer approach

Groundwater archiving capacity

Nitrate legacy

Integrated water resources management

Résumé

L’anthropisation grandissante des bassins versants côtiers représente une menace importante pour les eaux souterraines et les écosystèmes qui en dépendent, alors appelés « écosystèmes tributaires des eaux souterraines ». A l’image de l’hydrosystème de Biguglia (Corse), l’urbanisation rapide et désorganisée ainsi que les activités industrielles et agricoles développées sur la plaine de la Marana sont autant de sources de dégradation des eaux souterraines. Cette ressource, pourtant stratégique et utilisée pour l’alimentation en eau potable de la région bastiaise, présente aujourd’hui les marqueurs d’une contamination multiple et diffuse sur l’ensemble de la plaine. En plus d’être problématique pour les besoins en eau humains, la dégradation qualitative des eaux souterraines de l’aquifère de la Marana, constitue également une menace pour l’écosystème fragile de la lagune de Biguglia et la pérennité des services écosystémiques qu’il prodigue. Dans ce contexte de pressions croissantes, la connaissance approfondie du fonctionnement de l’hydrosystème de Biguglia s’impose comme un élément essentiel pour garantir une gestion durable de la ressource en eau. Dans ce but, une approche multi-traceurs géochimiques et isotopiques a été développée afin notamment de mieux contraindre l’état de la ressource, les conditions hydrodynamiques et la nature des interactions aquifères-rivières-lagune. L’étude des isotopes stables de la molécule d’eau (18O, 2H) a mis en évidence la complexité de la recharge. L’aquifère de la Marana bénéficie d’une recharge autochtone par l’infiltration directe des précipitations sur la plaine et d’une recharge allochtone par les précipitations en provenance des contreforts schisteux. A ces mécanismes, s’ajoute également la recharge prodiguée par l’infiltration des eaux du Bevincu et du Golu et la contribution latérale des eaux en provenance des contreforts schisteux de la Corse alpine. Le modèle de mélange développé (18O, Cl- et HCO3-) a permis une estimation semi-quantitative des mélanges. Il démontre la complexité du fonctionnement de l’aquifère, avec une différence notable de la contribution des contreforts schisteux en fonction de la localisation et de la profondeur de la ressource. Il apparaît également de manière claire que la lagune de Biguglia est partiellement tributaire des eaux souterraines. La plaine de la Marana est sujette à une dégradation qualitative liée à la présence excessive de nitrates (NO3-) et de micropolluants organiques. D’après les isotopes du NO3- (15N-NO3-, 18O-NO3-) et du Bore (11B), les principales sources d’azote sont le sol et les eaux usées. La corrélation entre concentrations en NO3- et temps de résidence des eaux (3H et CFCs) a mis en avant la capacité de stockage et d’archivage des eaux souterraines de l’aquifère de la Marana. Mise au regard de l’évolution de l’occupation des sols sur la plaine, la modification progressive des sources azotées enregistrée dans l’aquifère a permis de retracer la trajectoire socio-environnementale de l’hydrosystème de Biguglia. L’état contemporain dégradé de la ressource découle en grande partie de l’héritage des pollutions liées aux activités humaines historiques. Le modèle conceptuel élaboré grâce à ces travaux apporte de nouveaux éléments de compréhension qui pourront aider à l’instauration de stratégies de gestion pertinentes, assurant la pérennité future des ressources en eau et des services écosystémiques qui en dépendent.

The exacerbated anthropization of coastal hydrosystems poses a significant threat to groundwater and ecosystems that depend on it, then called "groundwater-dependent ecosystems". Like the Biguglia hydrosystem (Corsica, France), rapid and disorganized urbanization, as well as industrial and agricultural activities developed on the Marana plain are major sources of groundwater degradation. This strategic resource, used for the drinking water supply of the Bastia urban area, presents the markers of multiple and diffuse contaminations. In addition to being problematic for human water needs, the groundwater qualitative degradation of the Marana aquifer also constitutes a threat to the fragile ecosystem of the Biguglia lagoon and the sustainability of the ecosystem services it provides. In this context of increasing pressures, a strong knowledge of the Biguglia hydrosystem behavior is essential to ensure sustainable management of water resources. To this end, a multi-tracer geochemical and isotopic approach has been developed in order to better constrain the state of the groundwater resource, the hydrodynamic conditions and the nature of aquifer-river-lagoon interactions. The study of the stable isotopes of the water molecule (18O, 2H) has highlighted the recharge complexity. The Marana aquifer benefits from an indigenous recharge through direct infiltration of precipitation on the plain and an allochthonous recharge through precipitation from the schistous reliefs. The infiltration of river water from the Bevincu and Golu rivers and the lateral contribution of water from the schistous reliefs also contribute to the aquifer recharge. The developed mixing model (18O, Cl- and HCO3-) allowed a semi-quantitative estimation of the mixing processes. It demonstrates the complex aquifer behavior, with a significant difference in the contribution of schistous groundwater depending on the location and depth of the resource. It is also clear that the Biguglia lagoon is partially dependent on groundwater. The Marana plain is subject to qualitative degradation due to the excessive presence of nitrates (NO3-) and organic micropollutants. According to the NO3- (15N-NO3-, 18O-NO3-) and Boron (11B) isotopes, the main sources of nitrogen are soil and wastewater. The correlation between NO3- concentrations and water residence time (3H and CFCs) highlighted the storage and the groundwater archiving capacity. With regard to the evolution of land use, the progressive modification of the nitrogen sources recorded in the aquifer made it possible to trace the socio-environmental trajectory of the Biguglia hydrosystem. The contemporary degraded state of the resource mainly results from the pollution legacy linked to historical human activities. The conceptual model developed provides new elements that can help towards the implementation of relevant management strategies, to ensure the sustainability of water resources and associated ecosystem services.