Influence du climat sur les transferts de carbone organique dissous, nitrate et phosphate dans une tête de bassin versant agricole


 AHLeGall    10/12/2020 : 22:55

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10/12 : soutenance de thèse de Laurent Strohmenger (UMR SAS, INRAE Institut Agro, Rennes)

Laurent Strohmenger (UMR SAS, INRAE Institut Agro) soutient sa thèse, intitulée "Influence du climat sur les transferts de carbone organique dissous, nitrate et phosphate dans une tête de bassin versant agricole", le jeudi 10 décembre 2020 à 14:00

Devant le jury :

  • Christophe Cudennec, Professeur à l’Institut Agro Rennes (représentant ED)
  • Ilja Van Meerveld, Senior Researcher at University of Zürich (rapporteure)
  • Vazken Andreassian, Ingénieur en chef des ponts, eaux et forêts et HDR à INRAE Antony (rapporteur)
  • Florence Habets, Directrice de Recherche au CNRS et Professeure associée à l’ENS Paris (examinatrice)
  • Cécile Dagès, Chargée de Recherche à INRAE Montpellier (examinatrice)
  • Markus Hrachowitz, Associate Professor at TU Delft (invité)
  • Chantal Gascuel-Odoux, Directrice de Recherche à INRAE Rennes (directrice de thèse)
  • Ophélie Fovet, Chargée de Recherche à INRAE Rennes (encadrante de thèse)



En raison de la situation sanitaire, la soutenance n’est malheureusement pas ouverte au public. Il sera toutefois possible d’assister à la soutenance en visioconférence.



Résumé:

Au XXe siècle, l’agriculture a perturbé les écosystèmes naturels et notamment la qualité des masses d’eaux de surface. Ces dégradations se manifestent par des développement anormaux d’espèces végétales au détriment de la biodiversité aquatique causés par des concentrations excessives en nitrate (NO3) et phosphate (SRP), deux élément dont l’origine agricole a été démontrée. Outre les pratiques agricoles, le climat influence également les processus biogéochimiques qui contrôle la réactivité et les transferts de ces éléments au sein d’un bassin versant. La compréhension de ces processus de transferts est cruciale pour en permettre la gestion à l’échelle du paysage dans un objectif de reconquête de la qualité des eaux. Les premières directives de mitigation des pollutions agricoles ont amorcé des tendances à la diminution des concentrations en NO3 et SRP dans les rivières. Cependant, la distinction entre les effets du climat et ceux des pratiques agricoles sur l’évolutions des concentrations reste incertaine.

L’objectif de la thèse est d’identifier les relations entre le climat et les transferts de carbone organique dissous (DOC), NO3 et SRP dans une tête de bassin versant agricole. Ces trois éléments sont complémentaires par leurs origines (naturelle pour DOC, agricole pour NO3 et SRP), leurs distributions spatiales (en surface pour DOC et SRP, en profondeur pour le NO3) et la sensibilité présumée du DOC par rapport au climat (notamment à la température). Cette étude s’appuie sur un jeu de données hydro-climatiques et chimiques acquis à haute fréquence sur le bassin versant agricole de Kervidy‑Naizin (Morbihan, Bretagne, France) entre 2002 et 2017.

Le premier volet de recherche porte sur l’analyse de ce jeu de données pour identifier les conditions hydro-climatiques qui contrôlent les concentrations en solutés à l’exutoire du bassin versant pour plusieurs échelles temporelles (long terme, saisonnier et évènementielle). Le second volet de recherche porte sur la modélisation des dynamiques annuelles et évènementielles du débit et des concentrations en DOC et NO3 à l’exutoire du bassin versant de Kervidy-Naizin dans le but de mieux contraindre nos connaissances sur les sources et chemins d’écoulement de l’eau et des solutés jusqu’à la rivière.

Les résultats montrent que les pratiques agricoles et le climat contrôlent les dynamiques des concentrations en solutés sur le long terme, alors que les conditions hydrologiques (humidité du bassin versant et précipitations) contrôlent davantage les dynamiques saisonnières et évènementielles. De plus, les concentrations en DOC et NO3 montrent des dynamiques opposées pour les trois échelles temporelles. La modélisation a mis en évidence que ces oppositions entre DOC et NO3 sont principalement contrôlées par la distribution spatiale de leurs concentrations dans deux compartiments dont les temps de résidence sont contrastés. Le réservoir souterrain, dont l’écoulement est lent et saisonnier, présente des concentrations fortes en NO3 et faibles en DOC. A l’inverse, le réservoir superficiel de bas de versant (la zone riparienne), dont la réponse à un évènement de pluie est rapide et qui soutient les écoulements en crue, présente des concentrations faibles en NO3 et fortes en DOC.

Le climat influence indirectement les dynamiques saisonnières et évènementielles des concentrations en DOC et NO3 dans la rivière par son effet sur les chemins d’écoulement de l’eau dans le bassin versant. En effet, ces derniers dépendent de l’état hydrologiques du bassin versant (humidité des sols, niveaux de nappes) qui à leur tour, contrôlent les contributions relatives des compartiments souterrain et riparien au débit, et par conséquent les concentrations dans la rivière




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Laurent Strohmenger (UMR SAS, INRAE Institut Agro, Rennes)