Thèse – Sources, production et transfert du carbone organique dissous dans les bassins versants élémentaires sur socle : apports des isotopes stables du carbone

Lambert Thibault

2013-03-21

Salle de conférence de l'OSUR (bâtiment 14B, Campus de Beaulieu, Université de Rennes 1)

14h

Thibault Lambert Ph.D Student Géosciences Rennes- Bât 15 / bureau 316 Université de Rennes 1 - Campus de Beaulieu 263 Avenue Général Leclerc 35042 Rennes cedex Tél : 02 23 23 53 95

Anne Probst, Directeur de recherche, CNRS, Toulouse, Rapporteur - Philippe Amiotte-Suchet, Maître de conférence, Université de Bourgogne, Rapporteur - Mathieu Sebilo, Maître de conférence, UPMC, Paris, examinateur - Patrick Durand, Directeur de recherche, INRA, Rennes, examinateur - Gilles Pinay, Directeur de recherche, CNRS, Rennes, examinateur - Jérôme Gaillardet, Professeur, IPGP, Paris, examinateur - Jean-Noël Thibault, Ingénieur de recherche, INRA, Rennes, invité - Gérard Gruau, Directeur de recherche, CNRS, Rennes, Directeur de thèse Anne-Catherine Pierson-Wickmann, Maître de conférence, Université de Rennes 1, Co-directrice de thèse

Le carbone organique dissous (COD) est un élément important des rivières de par son influence sur la qualité des milieux aquatiques et son impact sur le cycle du carbone. Dans les bassins versants de tête, l'exportation du COD par les cours d'eau est principalement contrôlée par les apports de matières organiques des sols (MOS) et se produit principalement lors des épisodes de crue. Cependant, la question de la localisation spatiale des réservoirs de COD ainsi que leur capacité à exporter du COD reste une question ouverte. Cette thèse porte sur l'étude des mécanismes d'exportation du COD et de son origine spatiale au sein des bassins versants élémentaires sur socle, et plus particulièrement sur le site expérimental de Kervidy-Naizin (Morbihan, appartenant à l'Observatoire de Recherche en Environnement AgrHys). L'utilisation de la composition en isotopes stables du carbone du COD ainsi que le suivi haute fréquence des différents compartiments du bassin versant et du cours d'eau lors d'un cycle hydrologique complet constituent deux aspects novateurs de la thèse par rapport aux études précédentes. Les résultats du suivi de terrain effectué au cours du cycle hydrologique 2010-2011 mettent en avant l'existence d'un relais saisonnier dans les sources et mécanismes de production alimentant le compartiment COD du sol des zones humides de bas-fond, qui constituent par ailleurs la source majeure de COD à l'échelle du bassin versant. La dynamique saisonnière de la nappe le long du versant apparaît être le facteur de contrôle principal de ce relais. De plus, la mise en charge de la nappe dans le domaine amont du bassin entraine la mobilisation du réservoir de COD de versant enrichi en 13C vers le réservoir de COD des zones humides appauvri en 13C, mettant ainsi en évidence la contribution des sols de versant à l'exportation du COD par le cours d'eau. Cependant, et contrairement aux sols des zones humides, la capacité des sols de versants à délivrer du COD semble limitée en raison d'un appauvrissement rapide de ce réservoir au cours de la période hivernale. La différence de composition isotopique entre les deux réservoirs a permis pour la première fois de quantifier leurs apports respectifs aux flux de COD exporté lors de six crues échantillonnées au cours de la période de hautes-eaux. Ainsi, la contribution du COD de versant s'avère significative lors des premières crues hivernales (40% au flux total de COD exporté) mais reste limitée à l'échelle du cycle hydrologique en raison de l'appauvrissement du réservoir. Au vu de la contribution majeure des zones humides sur le flux annuel de COD, l'exportation du COD dans les bassins versants sur socle apparaît être donc limitée par le transport. Un résultat majeur de la thèse est l'identification de deux réservoirs principaux de COD à l'échelle du bassin versant, dont la différence de capacité à délivrer du COD contrôle la dynamique saisonnière des teneurs en COD du cours d'eau. De plus, un autre résultat majeur de la thèse est la mise en avant du fort potentiel des isotopes stables du carbone en abondance naturelle pour tracer les sources de COD dans les hydrosystèmes, en établissant à la fois les grands principes et les limites de cet outil.