Thèse soutenue

Modélisation de l'érosion géochimique dans des bassins versant contrastés : nouvelles implémentations et application à l'échelle globale
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Auteur / Autrice : Juan-Luis Lechuga-Crespo
Direction : José Miguel Sanchez-PérezEstilita Ruiz-Romera
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de l'univers, de l'environnement et de l'espace
Date : Soutenance le 16/10/2020
Etablissement(s) : Toulouse, INPT en cotutelle avec Universidad del País Vasco
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Écologie fonctionnelle et environnement (Toulouse ; 2007-2023)
Jury : Président / Présidente : Inaki Antiguedad-Auzmendi
Examinateurs / Examinatrices : Inaki Antiguedad-Auzmendi, Didier Orange, Jose Maria Bodoque del Pozo, Sabine Simeoni-Sauvage, Juan Ignacio Terejo Monzon
Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Orange, Jose Maria Bodoque del Pozo

Résumé

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Les cycles biogéochimiques subissent les impacts dérivés des menaces des changements globaux. Comprendre et évaluer les processus qui contrôlent le mouvement de la matière entre les réservoirs est essentiel pour aider à gérer les ressources naturelles. L'altération des roches contrôle la quantité de matière inorganique libérée dans les milieux aquatiques, qui finit par rejoindre les océans ou les lacs par les rivières. Cependant, l'évaluation de ces flux à travers les échelles spatiales et temporelles est difficile en raison du nombre de facteurs impliqués. En ce sens, l'objectif de cette thèse est d'évaluer le rôle de l'altération chimique dans les cycles biogéochimiques à différentes échelles spatiales et temporelles. Principalement, nous avons visé à a) identifier les variables clés de l’érosion chimique à l'échelle mondiale, b) développer un outil simple permettant d’estimer les flux ioniques dérivés de l'altération chimique des roches, c) évaluer les capacités d’extrapolation du modèle à l'échelle du bassin versant, et d) estimer l'impact de l'altération chimique sur le cycle mondial du carbone. Dans cette thèse de doctorat, nous avons évalué les exportations fluviales de 1751 rivières pour quantifier le rôle de l'hydrologie, de la lithologie et du sol dans les différents flux ioniques issus de l'altération chimique des roches. Une telle évaluation nous a permis de développer un modèle simple et de l'appliquer à l'échelle mondiale pour estimer un instantané de la quantité totale (3374·106 Mg·y-1) de matière libérée par les roches, et le caractériser parmi les principaux constituants ioniques, soit 58% de Ca2+, 24% de Na+, 15% de Mg2+ et 3% de K+ du flux cationique total et 74% d’alcalinité, 18% de SO42- et 8% de Cl- pour le flux anionique total. En outre, une évaluation des processus géochimiques qui régissent la composition en ions majeurs d’eau et les charges dissoutes dans une étude de cas local (le bassin versant de la rivière Deba, Gipuzkoa, nord de l'Espagne) a fourni un cadre pour tester les performances locales du modèle. L'application du modèle à cette échelle a permis le couplage de cette simple équation au modèle SWAT, ce qui a permis d'évaluer les capacités et les limites du modèle dans l'estimation des charges géochimiques au pas de temps journalier dans un contexte géologique hétérogène affecté par les sources évaporitiques. Une fois évaluée à l'échelle locale, une application dynamique du modèle à l'échelle mondiale a permis d’étudier le rôle de l'altération chimique dans la séquestration du carbone sous deux scénarios de changement climatique (RCP2.6 et RCP8.5). Selon nos simulations, les évolutions potentielles du bilan hydrologique global augmenteront la consommation de carbone par l'altération chimique de 8 à 13% d'ici 2069-2099, selon les scénarios étudiés. Les résultats de cette thèse nous ont permis d'évaluer le rôle de l'altération chimique sur le cycle du carbone à l'échelle mondiale. Les recherches futures dans ce domaine d’étude devraient être axées sur la configuration du modèle, en incluant l'altération physique dans sa configuration et en évaluant l'effet local de variables telles que la température et le changement des usages du sol.