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Métabolisme des annexes hydrauliques des
corridors hydro-écologiques – des casiers
Girardon du Rhône aux gravières de la Bassée
06 octobre 2016
S. Guillon, N. Flipo, D. Jezequel, P. Marmonier, E. Franquet, M.
Thorel, A. Vienney, B. Oursel, J-M. Olivier, J-J. Bourrand, A. Groleau
2
- Casiers Girardon du Rhône
(collaboration ZABR)
- Gravières de la Bassée
(Seine)
• Cycle du Carbone dans les annexes
hydrauliques des grands fleuves
- activité métabolique
(respiration, production primaire)
- flux de gaz (CO2, CH4)
+ C abiotique…
Contexte
3
(1) Absence de production O2 par photosynthèse la nuit:
détermination ERdark
(2) Utilisation ERdark =ERligt pour déterminer GPP
GPP
ER
Réarération
d’après N. Escoffier (2014)
𝑑 𝑂2
𝑑𝑡= 𝐺𝑃𝑃 𝑡 + 𝐸𝑅 𝑡 + 𝑘𝑟𝑒𝑎 (𝑇) ∙ 𝑂2 𝑠𝑎𝑡 𝑇 − 𝑂2 (𝑡)
Données: [O2] et T
pas de temps 30min-1h
Métabolisme: méthode des courbes journalières
4
Vie
ux R
hô
ne
(source CNR)
• Projet ZABR: Monitoring haute-fréquence O2 & T
dans 6 casiers (Juil-Déc 2014)
Biogéochimie, écologie, calcul de métabolisme
• De la création des casiers fin XIXème (stockage
sédiments) … au démantèlement des digues
(relargage des sédiments, chenaux)
Casiers Girardon du Rhône
• Réserve naturelle de l’Ile de la Platière
• Vieux Rhône: débit réservé (100 m3/s)
Connexion
Casier – Vx Rhône
5
Suivi [O2] & T surface et profondeur
Pas de temps 30 min
Période 08 – 11/2014
Modèle à 2 compartiments:
Flux diffusif d’échange
Respiration benthique
surf
bot
GPP
GPP
ER
ER
Diffusion
Pompage
benthique
Réarération
Etude de sensibilité: négliger les flux de
réaération et de diffusion
Vieux
Rhône
Digue Casier
Casiers Girardon: dispositif de mesure & modèle
6
O2 (
mg
/L)
T (°
C)
• Rythmes nycthéméraux
• Gradient vertical [O2] et T
• Impact des crues sur [O2] et T
Prof Secchi:
1.0 m
Prof. 1.8 m
Surface
Fond
Casiers: dynamique O2 et T (1/3)
C9
Connexion
Casier – Vx Rhône
7
C37
O2 (
mg
/L)
T (°
C)
• Rythmes nycthéméraux en surface
• Fond anoxique
• Gradient vertical [O2] et T
Surface
Fond
Prof Secchi:
0.55 m
Prof. 1.4 m
Casiers: dynamique O2 et T (2/3) Connexion
Casier – Vx Rhône
8
O2 (
mg
/L)
T (°
C)
C126
• Rythmes nycthéméraux en surface
• Fond anoxique & apports [O2]
Surface
Fond
Prof Secchi:
1.05 m
Prof. 2.2 m
Casiers: dynamique O2 et T (3/3) Connexion
Casier – Vx Rhône
9 • Hétérogénéité spatiale et temporelle
• Autotrophie & Consommation CO2
Casiers: Production primaire / Respiration
• Métabolisme faible au fond (anoxie,
lumière faible / absente)
10
• En surface:
O2, nutriments (PO4, NO3)
production primaire & respiration
• En profondeur:
anoxie
consommation NO3, dénitrification
Schéma conceptuel RIVE
De la respiration à la dénitrification
Micro-organismes
dénitrifiants
11
Légende de la photo
(-) Durée de suivi trop courte
(+) Suivi haute fréquence O2 et T
(+) Suivi surface / profondeur (flux diffusif
négligeable)
(+) Données biogéochimiques ponctuelles
(nutriments, chl a, plancton)
(-) Durée de mesure trop courte
(-) Données météorologiques locales
(éclairement, vent,…)
(-) Suivi hydrologique – Bilan hydrique
• Vers une typologie des fonctionnements
biogéochimiques des casiers
• Modélisation directe du
métabolisme (C-RIVE)
Pertinence du dispositif de mesure
12
Méga Casier Seine
Grands Lacs
T6G4a/e
• Gravière T6G4e
Prof. moyenne 3 m (5 m max)
Connectée à 2 gravières NW/SW
Non connectée au fleuve
• Site DEGASE Haute Fréquence
Heau & T gravière + nappe alluviale
Profils O2 dissous, pH, T, σ
Flux CO2/CH4 surface
CO2 dissous, alcalinité, nutriments
(ponctuel)
G4e2
G4e1
Gravières de la Bassée: contexte & localisation
• Gravières: 10 % de la
plaine alluviale de la
Bassée
• Projet pilote de Casier
(Seine Grands Lacs)
13
G4e1
Z Secchi
Stratification verticale: O2 & T (1/2)
• Stratification thermique
& chimique
• Sursaturation [O2] en
surface /
Anoxie en profondeur
15
21
21.5
22
22.5
23
23.5
120
125
130
135
140
145
150
18:00 21:00 0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00
Wat
er T
emp
erat
ure
(°C
)
[O2]
(% s
at)
G4e1
G4e2
• Cycle nycthéméral O2 et T
• Vers une quantification du métabolisme
• Sur-saturation O2: autotrophie, GPP ++
• Résultats préliminaires: Suivi haute fréquence en surface
Bassée: dynamique O2 & métabolisme
16
• Profil vertical [CO2]
< 100 ppm en surface,
> 1 % en profondeur
• Consommation / dissolution de CO2
~ -13 à -20 mmol/m²/jour
• Faible dégazage de CH4 ~5 mmol/m²/jour
• Mesures directes des flux de CO2 et
CH4 à l’interface eau/atmosphère
Teneurs en CO2 dissous & Flux CO2 / CH4
Chambre flottante
Licor LI820 (CO2)
+ Panterra
Neodym (CH4)
320
340
360
380
400
18:30 18:40 18:50 19:00 19:10 19:20 19:30 19:40 19:50 20:00 20:10 20:20
CO2 (ppm)
CO
2 (p
pm
)
DEGASE-02 05/07/2016 LICOR G4 St. E1
RUN 1 RUN 2 394 ppm
• Calcul du Flux : F = Pente x V/S
Ici pente < 0 : absorption
17
Piézomètre
En
viro
n 3
m
Nappe
alluviale
O2, T, pH, σ
chl a
Station météorologique
5 m
Dispositif
gravière
1 m
• Suivi ponctuel
profils verticaux
flux CO2/CH4 surface
isotopes 13C/12C DIC
• Suivi haute fréquence (30min)
• Modélisation numérique C-RIVE (CO2, isotopes)
thèse S. WANG
• Approche bayésienne & assimilation de données O2
• Hétérogénéité spatiale (G4W)
Prototype du dispositif de suivi DEGASE