06 octobre 2016 Métabolisme des annexes hydrauliques des ... · • Site DEGASE Haute Fréquence H...

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)

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• 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

14

G4e2 Z Secchi

Stratification verticale: O2 & T (2/2)

• Homogénéité spatiale

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

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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

18

Légende de la photo