Thèse soutenue

Dynamique du phosphore dans les sédiments à l’interface fleuve-mer : couplage modèle – données

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Auteur / Autrice : Fatima Ezzahra Ait ballagh
Direction : Christophe RabouilleKarima KhalilKhalid Elkalay
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Météorologie, océanographie, physique de l'environnement
Date : Soutenance le 10/07/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
Jury : Président / Présidente : Moulay Lhassan Hbid
Examinateurs / Examinatrices : Anniet Laverman, Omar Ettahiri, Jean-Claude Dutay, Mohamed Chaibi
Rapporteurs / Rapporteuses : Anniet Laverman, Omar Ettahiri

Résumé

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Le phosphore (P) est un nutriment essentiel à la vie, suite à son rôle clé dans la régulation de la production primaire à l'interface fleuve-mer, et au lien étroit de son cycle avec les cycles du carbone et de l'azote. L'enfouissement du phosphore dans les sédiments de l'interface fleuve-mer se fait en association avec la matière organique et des minéraux. Cet enfouissement est la voie d'élimination du P à long terme. Cependant, le rôle des sédiments dans le recyclage du phosphore inorganique dissous (DIP) est mal quantifié dans les estuaires eutrophes. Cette thèse a pour objectif d'affiner la compréhension sur la réponse des sédiments au recyclage du DIP dans les sédiments des estuaires de l'Elorn et de l'Aulne (France). De plus, nous visons à la mettre en contraste avec les sédiments deltaïques (delta du Rhône) dans la mer Méditerranéenne oligotrophe. Deuxièmement, ces écosystèmes sont dynamiques, caractérisés par des charges intenses de matière organique et de nutriments (N, P), entraînant leur enfouissement sous l'interface eau-sédiment (IES) et leur minéralisation. Par conséquent, les processus biogéochimiques peuvent modifier en grande partie la chimie de la couche supérieure de ces sédiments. Nous visons à quantifier les processus diagénétiques, contrôlant le devenir de la matière organique, la transformation du phosphore et les flux de DIP vers l'eau de fond. Pour cela, nous avons utilisé des données de terrain couplées avec un modèle existant (OMEXDIA), étendu au cycle benthique du phosphore, pour évaluer aussi la capacité des sédiments à servir de puits ou de sources de P. Le modèle OMEXDIA-P a été adapté aux données d'eau interstitielle (oxygène, nitrate, ammonium, unités de demande en oxygène (Mn2+, Fe2+ et H2S; ODU) et de DIP) et de solides (P organique, P lié au fer et P lié au calcium) de quatre saisons en 2009 dans les stations amont, milieu et aval des deux estuaires. Ensuite, le modèle a été ajusté aux mêmes variables d'état, en plus des sulfates et carbone inorganique dissous (DIC) pour neuf stations dans l'exutoire du Rhône, son prodelta et son plateau continental adjacent, et échantillonnées en Mai 2018. Les deux applications du modèle ont montré une bonne concordance avec la distribution verticale des phases dissoutes et solides dans toutes les stations et les saisons. L'utilisation combinée de ces bases de données avec ce modèle a révélé que les flux de C organique à l’IES des estuaires de l'Elorn et de l'Aulne (23 à 98 mmol m-2 j-1) et dans le prodelta du Rhône (10 à 160 mmol m-2 j-1) étaient intenses, en particulier à l'exutoire du fleuve. Ainsi, la minéralisation en P organique a représenté la principale source de DIP produit dans les deux estuaires (77%) et dans le prodelta du Rhône (>90%). La contribution des voies de minéralisation a mis en évidence une augmentation de la contribution de la minéralisation anoxique due au gradient salin de l'amont vers l'aval des estuaires. Alors que ces voies ont montré une diminution de l'écoulement du Rhône vers le plateau continental, en fonction de la diminution des apports de matière organique avec la distance. Le calcul du bilan du P par le modèle a indiqué que le P lié au fer joue un rôle clé dans le cycle du P, en retenant le DIP dans les sédiments et en favorisant la précipitation de P lié au Ca. De plus, le P lié au fer représente une source supplémentaire de DIP dans les sédiments des deux estuaires. La plus grande proportion du DIP produit a été recyclée dans l'eau de fond de ces sédiments estuariens (85%) et deltaïques (72%), tandis que l'enfouissement sous forme de P lié au Ca était une fraction mineure. Dans l'ensemble, les résultats du modèle présentés ont démontré que ces sédiments estuariens et deltaïques jouaient un rôle essentiel dans le cycle benthique du P et constituaient des sources de DIP dans la colonne d'eau. De plus, les apports de DIP produits dans les sédiments de l'Elorn et de l'Aulne étaient plus élevés que les apports externes.