Poster De Conférence Année : 2024

Traçage géochimique des sources de sédiments à l’échelle du bassin versant de la Saône : atouts et limites de l’échantillonnage intégratif des matières en suspensions

Résumé

Les modélisations prospectives des transferts hydrologiques et de matières en suspension (MES) sont des approches essentielles pour prédire l’évolution des dynamiques sédimentaires des systèmes aquatiques dans un contexte de changement global. De récentes études modélisant les scénarios plausibles de changement à l’échelle du bassin-versant du Rhône envisagent une augmentation des flux hydriques et de particules de l’un de ses affluents principaux, la Saône. Bien que ces particules soient indispensables aux écosystèmes aquatiques en contrôlant le transport de nutriments, d’éléments essentiels et de matière organique, elles représentent aussi un vecteur de contaminants. Afin d'identifier les principales sources de polluants particulaires à l’échelle du bassin-versant de la Saône, il est essentiel de connaître l'origine des MES. À cette fin, les approches de « fingerprinting » consistent à identifier des empreintes géochimiques (traceurs) dans des MES/sédiments, prélevés au niveau des sources potentielles (principaux affluents des rivières), pour identifier leurs contributions relatives à l’exutoire du bassin-versant, en s’appuyant sur un modèle de mélange. Même si ces approches ont connu un développement significatif au cours des quatre dernières décennies, de nombreuses étapes de cette procédure sont encore à améliorer (Evrard et al., 2022). Parmi ces étapes, l’utilisation de traceurs conservatifs (stabilité spatio-temporelle des concentrations) est une condition fondamentale, avant de les intégrer dans les modèles de mélange (Chalaux-Clergue et al., 2024). Récemment, une approche analytique permettant d’utiliser les traceurs dans la fraction non-réactive des MES a été proposée pour tenter de s’affranchir de cette non conservativité des traceurs (Bégorre, 2021). L’étape d’échantillonnage des MES (Centrifugation, Pièges à particules : PAP, Filtration et/ou Décantation) représente une étape critique dans les approches de fingerprinting. Les PAP, sont un mode d’échantillonnage pertinent, car ils permettent d’obtenir un échantillon intégratif sur la période échantillonnée (une semaine à un mois, typiquement), en quantité suffisante pour l’analyse des différentes traceurs ciblés (> 5 g de poids sec) et peuvent être aisément déployés à une très large échelle spatiale. Cependant, ils ne peuvent garantir le caractère conservatif des traceurs du fait de la mise en place de potentiels mécanismes de dégradation des particules à l’intérieur du piège (Dabrin et al., 2023). En vue d’améliorer les approches de fingerprinting à l’échelle d’un grand cours d’eau, trois principaux enjeux liés à l’échantillonnage par PAP et aux biais de conservativité des traceurs associés: est-il possible d’identifier et de quantifier les processus de dégradation présents dans le piège lors de la phase d’échantillonnage intégrative des MES ? Est-ce que la méthode de traçage basée sur la phase non-réactive permet de s'affranchir de la non conservativité de certains traceurs lors de cet échantillonnage ? Dans quelles mesures cette méthode permet-elle d’utiliser les pièges à particules tout en validant la représentativité du modèle de mélange appliqué aux grands systèmes fluviaux tels que le bassin de la Saône ? Afin de répondre à ces questions, une stratégie expérimentale est en cours d’élaboration dans le cadre de ma thèse (nov. 2023 - oct. 2026). Cette stratégie, s’appuie sur la mise en place d’expérimentations en conditions contrôlées de laboratoire visant à suivre la dynamique temporelle (extractions séquentielles) des concentrations en métaux dans les différentes phases porteuses. L’étude de ces cinétiques de dégradation a pour objectif d’identifier et de quantifier les processus responsables du caractère non conservatif des MES collectées dans le piège. En parallèle, la mise en place de campagnes d’échantillonnage des MES de la Saône à Lyon et de ses principaux affluents, en utilisant les PAP et les traceurs de cette fraction non réactive, alimenteront un modèle de traçage géochimique pour estimer les contributions relatives des sources de sédiments à l’échelle du bassin-versant de la Saône. Ce suivi d’au moins un an permettra également de prendre en considération différents facteurs tels que la teneur en matière organique, la saisonnalité ou les conditions hydrologiques, afin d’identifier les facteurs qui influencent la réactivité des traceurs. Enfin, ce poster présente les résultats et interprétations de données de MES prélevées par différents types de pièges et par une technique manuelle (état de référence) au niveau d’un des affluents de la Saône (Ardières), afin de mettre en lumière les facteurs environnementaux responsables du biais lié à l’échantillonnage par piège. Ces approches permettront de comprendre les mécanismes responsables du biais potentiel des traceurs dans les MES prélevées par PAP, pour ensuite évaluer la robustesse de la méthode de traçage basée sur la phase réfractaire, en vue de tracer l'origine des MES à l’échelle d’un système fluvial comme de la Saône, et proposer une méthode généralisable à d’autres systèmes fluviaux.

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hal-04728390 , version 1 (09-10-2024)

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  • HAL Id : hal-04728390 , version 1

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Maeva Claveau, Matthieu Masson, Loïc Richard, Lysiane Dherret, Alexandra Gruat, et al.. Traçage géochimique des sources de sédiments à l’échelle du bassin versant de la Saône : atouts et limites de l’échantillonnage intégratif des matières en suspensions. Journées de Modélisation des Surfaces Continentales 2024 - JMSC2024, Jun 2024, Strasbourg, France. ⟨hal-04728390⟩
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