Dégradation de la matière organique dans le modèle de biogéochimie aquatique RIVE : exploration des codes et expérimentation numérique en conditions contrôlées - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Rapport Année : 2020

Organic matter degradation in the RIVE aquatic biogeochemistry model: code exploration and numerical experimentation under controlled conditions

Dégradation de la matière organique dans le modèle de biogéochimie aquatique RIVE : exploration des codes et expérimentation numérique en conditions contrôlées

Shuaitao Wang
Vincent Thieu
Nicolas Flipo
Marie Silvestre
Gilles Billen

Résumé

The RIVE model co-exists within several models in the PIREN-Seine program to describe the biogeochemical functioning of hydrographic networks (pyNuts-RiverStrahler), dam-reservoirs (BarMan) or hydro-biodynamic functioning of the Seine river system from upstream of Paris to estuary at Poses (ProSe-PA). After 30 years of research, the parallel evolutions of these codes, the numerical adaptations inherent in programming languages and the addition of functionalities raise the question of their comparability and compatibility. During phase 8 of the PIREN-Seine program, a project to unify these RIVE codes aims to bring together all recent developments, and to strengthen the collaboration of the research teams involved in the development of the model. In this context, the representation of the dynamics of organic matter and its degradation in aquatic environments is one of the first actions in this unification process. Numerical experiments under controlled conditions are carried out in order to compare the kinetics of the degradation of organic matter. The HSB and HB models implemented in both codes can fairly well simulate the dynamics of heterotrophic microorganisms associated with degradation of organic matter by adjusting the value of the half-saturation constant of the substrate uptake in C-RIVE. In order to respect the biological nature of the microorganisms as well as the values of the associated parameters, it is essential to represent the monomeric substrates directly assimilable by heterotrophic bacteria in the biogeochemical aquatic model. Finally, a model with five organic matter pools is tested, which is also able to well reproduce the profile of the dissolved organic carbon and the bacterial biomass observed by Servais et al. (1987).
Le modèle aquatique RIVE co-existe au sein de plusieurs modèles développés au PIREN-Seine pour décrire le fonctionnement biogéochimique des réseaux hydrographiques (pyNuts-RiverStrahler), des milieux stagnants type barrage-réservoirs (BarMan) ou encore le fonctionnement hydro-biodynamique de la Seine depuis l’amont de Paris jusqu’à l’estuaire à Poses (ProSe-PA). Après 30 ans de recherche au sein du PIREN-Seine, l’évolution parallèle de ces codes, les adaptations numériques inhérentes aux langages de programmation et l’ajout de fonctionnalités posent aujourd’hui la question de leur comparabilité et compatibilité. Durant la phase 8 du programme, un chantier d’unification des codes de RIVE vise à rassembler l’ensemble des développements récents et à renforcer la collaboration des équipes de recherche impliquées dans le développement du modèle. La représentation de la matière organique et sa dégradation dans les milieux aquatiques est une des premières actions dans cette démarche d’unification. Des expériences numériques en conditions contrôlées sont réalisées afin de comparer le cinétique de la dégradation de la matière organique. Les modèles HSB et HB implémentés dans les deux codes peuvent relativement bien simuler la dynamique des microorganismes hétérotrophes associée à la dégradation de la matière organique en ajustant la valeur de la constante de demi-saturation du prélèvement de substrat dans C-RIVE. Afin de respecter la réalité du fonctionnement biologique des microorganismes ainsi que les valeurs des paramètres associés, il est indispensable de représenter les substrats monomériques assimilables directement par les bactéries hétérotrophes dans le modèle aquatique. Enfin, un modèle avec cinq groupes de matières organiques est testé, qui permet également de bien reproduire le profil du carbone organique dissous et la biomasse bactérienne observée par Servais et al., (1987).
Fichier non déposé

Dates et versions

hal-03809824 , version 1 (10-10-2022)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03809824 , version 1

Citer

Shuaitao Wang, Vincent Thieu, Nicolas Flipo, Marie Silvestre, Lou Weidenfeld, et al.. Dégradation de la matière organique dans le modèle de biogéochimie aquatique RIVE : exploration des codes et expérimentation numérique en conditions contrôlées. [Rapport de recherche] Piren-Seine. 2020. ⟨hal-03809824⟩
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