Influence des aménagements et des contaminations sur les héritages sédimentaires des fleuves anthropisés : le cas du Rhône

Influence of engineering works and contamination on the sedimentary legacy of anthropized rivers : the case study of the Rhône River

• Auteur / Autrice : Sophia Vauclin
• Direction : Thierry Winiarski, Brice Mourier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Environnement
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole nationale des travaux publics de l'Etat (Vaulx-en-Velin, Rhône ; 1975-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Écologie, des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés
• Jury : Président / Présidente : Fabien Arnaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marina Coquery, Johnny Gasperi, Hervé Piégay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Ayrault, Nicolas Gratiot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhône (cours d'eau)

Sédiments fluviaux

Génie fluvial

Nature -- Effets de l'homme

Mots clés libres

Aménagements fluviaux

Sédiments hérités

Rhône (fleuve)

Géophysique

Contamination

Carottes sédimentaires

River engineering

Legacy sediments

Rhône River

Geophysics

Contamination

Sediment cores

Résumé

Si des interactions complexes entre les hommes et les rivières existent depuis plusieurs millénaires, les pressions anthropiques exercées sur les hydrosystèmes ont fortement augmenté au cours des deux derniers siècles. Il est donc essentiel de mieux appréhender l’évolution récente des corridors fluviaux en lien avec les activités humaines qui s’y sont développées, et l’investigation du compartiment sédimentaire est particulièrement appropriée pour ce type d’approche rétrospective. Cette thèse s’appuie sur l’étude du Rhône, un fleuve européen majeur soumis à de fortes pressions anthropiques, et s’intéresse particulièrement à deux de ces pressions : la contamination et l’aménagement du cours d’eau. Plus précisément, elle vise à 1) prouver l’existence de sédiments hérités des aménagements mis en place sur le Rhône, et les caractériser ; 2) développer une méthodologie pour l’interprétation d’archives sédimentaires issues d’un milieu fluvial fortement anthropisé, dans le cadre des contaminations historiques et émergentes ; 3) démontrer l’intérêt du concept de sédiments hérités dans un contexte européen et en lien avec la mise en place d’infrastructures fluviales. La méthodologie développée dans ce travail combine une analyse diachronique des sites d’étude, leur investigation à l’aide de sondages géophysiques et le prélèvement de carottes sédimentaires permettant la quantification de nombreux paramètres sédimentaires (e.g., granulométrie, carbone organique total, teneur en contaminants et radionucléides). Son implémentation a permis de démontrer l’existence de deux types de sédiments hérités sur le Rhône, en lien avec les deux phases d’aménagement auxquelles le fleuve a été soumis (correction du tracé et aménagements hydroélectriques). Dans les deux cas, les sédiments hérités résultent d’un processus de déconnexion entre le chenal principal et les environnements de dépôt concernés, et la granulométrie est le paramètre principal permettant de les distinguer des dépôts sous-jacents. Une évolution de la définition de sédiments hérités est donc proposée afin d’y inclure ces nouvelles caractéristiques. Il est également prouvé que la capacité d’enregistrement des sédiments fluviaux est fortement influencée par l’environnement de dépôt étudié et par les modifications de leurs conditions hydrodynamiques induites par les différents aménagements. La méthodologie proposée permet néanmoins d’interpréter de façon robuste ces archives et de reconstruire la trajectoire récente du Rhône et les tendances temporelles de contamination de polluants historiques (éléments métalliques, polychlorobiphényles) ou émergents (retardateurs de flammes bromés) à partir de carottes issues de divers environnements. Une telle approche rétrospective est essentielle afin de mieux appréhender l’ensemble des impacts anthropiques en lien avec les enjeux actuels de gestion des cours d’eau, et de proposer des politiques publiques et des mesures de suivi et/ou de restauration cohérentes avec l’évolution à long terme du fleuve.

Although complex interactions between humans and rivers have existed for several millennia, anthropogenic pressures on hydrosystems have increased sharply over the last two centuries. It is therefore essential to gain a better understanding of the recent evolution of river corridors in relation to the human activities that have developed there. The investigation of the sedimentary compartment is especially relevant for this type of retrospective approach. This thesis is based on the study of the Rhône River, a major European river subject to strong anthropogenic pressures, and is particularly focused on two of these pressures: contamination and river engineering. More specifically, its aims are to 1) prove the existence of legacy sediments caused by the river infrastructures implemented on the Rhône River and characterise those sediments, 2) develop a methodology for the interpretation of sedimentary archives sampled in a highly anthropised river environment subject to historical and emerging contamination, and 3) demonstrate the relevance of the concept of legacy sediments in a European context and in relation to river engineering. The methodology developed in this work combines a diachronic analysis of the study sites, their investigation using geophysical methods and the sampling of sediment cores that allows the quantification of many sedimentary parameters (e.g., grain-size, total organic carbon, contaminants and radionuclides content). Its implementation allowed to prove the existence of two types of legacy sediments on the Rhône River, that are related to the two engineering phases to which the river has been subjected (river training and bypassing for hydroelectricity production). In both cases, the legacy sediments result from a loss of connectivity between the main channel and the depositional environments investigated, and grain-size is the main parameter allowing to distinguish the legacy sediments from the underlying deposits. This leads us to propose an evolution in the definition of legacy sediments to take these observations into account. This study also proves that the recording capacity of river sediments is strongly influenced by the depositional environments studied and by the modifications of their hydrodynamic conditions induced by river engineering. Nevertheless, the proposed methodology makes it possible to interpret these archives in a robust manner and to reconstruct the recent trajectory of the Rhône River, as well as the temporal contamination trends of historical (metallic elements, polychlorinated biphenyls) or emerging (brominated flame retardants) pollutants, using cores from various environments. Such a retrospective approach is essential to better understand the many anthropogenic impacts on fluvial systems, to relate those impacts with present river management issues, and to suggest policies and monitoring and/or restoration measures consistent with the evolution of the river over time.