Compréhension de la dynamique particulaire d'un bassin versant périurbain par géochimie multi-élémentaire organique et minérale

Understanding a peri-urban catchment area sedimentary dynamic by organic and mineral multi-elemental geochemistry

• Auteur / Autrice : Lauriane Ledieu
• Direction : Fatima Laggoun-Defarge
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 25/11/2020
• Etablissement(s) : Orléans
• 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 : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Tournassat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fatima Laggoun-Defarge, Christophe Tournassat, Anne Probst, Olivier Evrard, Anaëlle Simonneau, Olivier Cerdan, Béatrice Bechet, Bas van Wesemael
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Probst, Olivier Evrard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Égoutier (L')

Loire, Bassin de la (France)

Dynamique hydro-sédimentaire

Géochimie de l'environnement

Hydrologie des versants

Mots clés libres

Altération

Érosion des sols

Bassin versant périurbain

Phase particulaire

Traceurs

Contaminants organiques

Contaminants inorganiques

Weathering

Soil erosion

Peri-urban catchment

Particulate phase

Tracers

Organic contaminants

Inorganic contaminants

Résumé

Déterminer et quantifier le rôle de la phase particulaire dans les grands cycles géochimiques et le transport des contaminants, est devenu indispensable pour établir des bilans de masse précis et discuter de l’incidence du facteur de forçage d’origine anthropique sur les écosystèmes. Durant ces travaux, le transport particulaire a été étudié à l’échelle du bassin versant périurbain de l’Egoutier selon une démarche sources-puits. Affluent de la Loire situé à l’est de la métropole d’Orléans, l’hydrosystème est défini par un gradient d’anthropisation amont/aval et des rejets anthropiques ponctuels. L’étude a pour objectif (1) de comprendre la dynamique hydrosédimentaire des cours d’eau en contexte peu morphogène et périurbain, (2) d’identifier des traceurs spécifiques des sources de matériel soumis à l’érosion mécanique dans le bassin versant, et (3) de discuter du rôle de la dynamique hydrosédimentaire et de l’occupation du sol dans le cycle géochimique des éléments et des contaminants. Les différents traceurs ont été explorés par géochimie multi-élémentaire et par quantification des ETM et des PPs, afin de discriminer la signature géochimique des sources et les chemins de transfert de la matière particulaire. Le comportement hydro-sédimentaire de l’Egoutier est également suivi en temps réel en trois endroits clés. Des modes d’érosion et une dynamique sédimentaire différente ont été mis en évidence entre la partie amont du bassin versant sous couvert forestier, et la partie aval en contexte périurbain. Dans cette dernière, l’imperméabilisation des surfaces entraîne des évènements de crues plus rapides et intenses, favorisant le transport sédimentaire et limitant l’accumulation des particules. En plus de modifier la géomorphologie et la dynamique sédimentaire des cours d’eau, l’urbanisation croissante modifie les cycles biogéochimiques des éléments et entraîne une propagation des contaminants sur des distances plus importantes.

Understanding particulate phases role in the global elemental cycles, in particular those of contaminants, becomes necessary to predict the evolution of those cycles under human forcing. In this work, the particulate transport was thus studied at a catchment scale according to a source to sink approach. The peri-urban catchment of the Egoutier stream, flowing into the Loire River and eastern of Orléans, was chosen for these researches. The purpose is to evaluate the peri-urban stream sedimentary dynamic and the factors driving elemental and contaminant cycles. 3 main objectives have been defined: (1) understand sedimentary dynamic of lowland areas in periurban context, (2) identify specific markers of soil erosion dynamic and human activities, and (3) discuss the role of hydrosedimentary processes and land cover in global geochemical cycles including pollutant transfers. Both multi-elemental geochemistry and TMs and PPs contents have been used to track particle sources and pathways. Monitoring stations have been installed to record Egoutier hydrosedimentary dynamic at three locations in the watercourse. Markers evidence distinct patterns of erosion and sedimentary dynamics between the upstream part of the catchment, under forest cover, and the downstream one, under peri-urban context. Indeed, the increase of impervious surfaces leads to flash flood events, promoting particle transport and limiting sediment deposition.