Etude de l'impact des pratiques d'infiltration des eaux pluviales sur les communautés microbiennes des aquifères souterrains : influence des conditions hydrologiques et des caractéristiques de la zone non-saturée

Study of stormwater infiltration practices impact on the underground aquifers microbial communities : influence of hydrological conditions and of the vadose zone characteristics

• Auteur / Autrice : Yohan Lebon
• Direction : Florian Mermillod-Blondin, Laurence Volatier, Clémentine Francois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 25/05/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Écologie, des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Verónica Rodriguez-Nava
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florian Mermillod-Blondin, Laurence Volatier, Clémentine Francois, Jean Martins, Christine Dupuy, Arnaud Foulquier, Yannick Colin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Martins, Christine Dupuy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aquifères

Microbiologie

Eaux souterraines

Zone d'aération

Eaux pluviales -- Infiltration

Mots clés libres

Bassins d'infiltration

Taux de recharge

Temps de transit

Epaisseur de la zone non-saturée

Microbiologie des eaux souterraines

Infiltration basin

Recharge rate

Transit time

Vadose zone thickness

Groundwater microbiology

Résumé

En milieu urbain, les systèmes d’infiltration des eaux pluviales (bassins d’infiltrations) permettent la diminution du ruissellement et la recharge artificielle des nappes phréatiques. Ces systèmes se reposent sur un effet filtre permettant un piégeage et une dégradation des contaminants de l’eau d’infiltration durant son parcours à travers la zone non saturée (ZNS). Malgré cet effet filtre, la recharge artificielle peut conduire à des perturbations de l’écosystème souterrain. Si l’impact physico-chimique de l’infiltration a largement été étudié, les études de terrain s’intéressant à l’impact de la recharge artificielle sur les modifications de la microbiologie de la nappe sont souvent limitées à l’étude de l’influence de l’épaisseur de la ZNS. Or, la littérature suggère que d’autres facteurs liés aux caractéristiques des pluies et des bassins peuvent également moduler l’impact de l’infiltration sur la microbiologie de la nappe. Ce travail de thèse a alors pour objectif principal d’étudier l’influence des principales caractéristiques des bassins (épaisseur de la ZNS et temps de transit de l’eau d’infiltration de la surface à la nappe) et du taux de recharge de la nappe sur les modifications de la microbiologie de la nappe associées à l’infiltration. Pour cela, les modifications de biomasse, d’activité microbienne et de compositions bactériennes (approche métabacoding 16S) des communautés de nappes ont été mesurées au niveau de 6 bassins d’infiltrations lors d’évènements pluvieux contrastés. Les résultats de cette thèse ont démontré que le temps de transit de l’eau de la surface vers la nappe modulait l’impact de l’infiltration sur la microbiologie de la nappe, alors que ce n’était pas le cas pour l’épaisseur de la ZNS. En effet, plus le temps de transit mesuré était court et plus l’infiltration entraînait un développement de biomasse important ainsi qu’une augmentation de la diversité bactérienne, et favorisait la présence de certains groupes bactériens. De plus, cette thèse montre que le taux de recharge de la nappe peut également avoir son importance dans la réponse des communautés microbiennes à l’infiltration : un fort taux de recharge entraînait une augmentation des flux d’eau et de solutés à proximité des biofilms stimulant leurs activités. Les perspectives de cette thèse proposent une approche en laboratoire et une approche in situ afin de mieux comprendre les mécanismes conditionnant l’assemblage des communautés des nappes et leur réponse face aux perturbations engendrées par l’infiltration

In urban areas, stormwater infiltration systems (infiltration basins) reduce runoff and artificially recharge groundwater. These systems relied on a “filter effect” to trap and degrade contaminants from the infiltration water during its journey through the unsaturated zone. Despite this filter effect, artificial recharge can lead to disturbances of the underground ecosystem. Although the physicochemical impact of infiltration has been widely studied, field experiments investigating the impact of artificial recharge on microbiological changes in aquifers are often under investigation and limited to the study of unsaturated zone thickness influences. However, the literature suggests that other factors related to rainfall and infiltration basins characteristics can also modulate the impact of the infiltration on the groundwater microbiology. Thus, the main objective of this thesis manuscript is to study the influence of the main characteristics of the infiltration basins (unsaturated zone thickness and transit time of the infiltration water from the surface to the aquifer) and the recharge rate of the aquifer on microbiology changes of the aquifer associated with stormwater infiltration. To assess microbiology modifications, changes in biomass, microbial activity and bacterial composition (16S metabacoding approach) of groundwater communities were measured below 6 infiltration basins during contrasting rainfall events. The results of this thesis demonstrated that the transit time of water from the surface to the aquifer modulated the infiltration impact on the aquifer microbiology, whereas this phenomenon was not displayed for the unsaturated zone thickness. Indeed, the shorter the measured transit time was, the more the infiltration led to significant biomass development, an increase in bacteria and favoured the presence of certain bacterial groups. In addition, this thesis shows that the rate of groundwater recharge may also be important in the response of microbial communities to infiltration: indeed, a high rate of recharge led to increased fluxes of water and solutes at the vicinity of the biofilms, stimulating their activities. The perspectives of this thesis were based on a laboratory approach and an in-situ approach in order to better understand the mechanisms conditioning groundwater microbial communities assemblage and their response to the disturbances caused by infiltration