Marie Denis

Rôle de la dynamique de nappe dans l’export de matières organiques dissoutes au cours d’épisodes de crues

Marie Denis, Laurent Jeanneau, Gérard Gruau, Anne-Catherine Pierson-Wickman

Géosciences Rennes, Université de Rennes 1, France

A l’échelle des petits bassins versants de tête, la plus grande partie des MOD (matières organiques dissoutes) produites au cours de l’année hydrologiques sont exportées au moment des évènements de crue. A cette échelle de temps, la dynamique de la nappe joue un rôle important dans la production et le transfert des MOD. Au cours de ces périodes intenses d’export, l’augmentation du débit à l’exutoire s’accompagne d’une augmentation de la concentration en MOD. Ces observations impliquent la mobilisation d’une source complémentaire de MOD qui pourrait être caractérisé par une composition moléculaire différente de la MOD exportée hors crue. L’analyse moléculaires réalisée sur des échantillons de rivière provenant de l’exutoire du bassin versant agricole de Kervidy-Naizin (Bretagne, France – observatoire AgrHyS) a permis de mettre en évidence la modification de la distribution des composés des lignines au moment des épisodes de crue. Cette MOD exportée en crue est caractérisée par un état de biodégradation moins prononcé et pourrait résulter de l’équilibre chimique entre la phase particulaire et la phase aqueuse. Ces équilibres chimiques pouvant intervenir dans la macroporosité du sol ou dans la rivière.  L’objectif est donc de déterminer comment l’érosion du sol peut contribuer à la production de MOD moins biodégradée, notamment en déterminant si la composition de la MOD des solutions de sol se trouve modifiée au moment des crues. Une attention particulière est également portée sur le rôle de la dynamique de nappe dans ces évènements de crue.

Cette problématique a été traitée au cours d’évènements de crue par la mise en place d’un échantillonnage haute fréquence de la solution de sol en zone riparienne à l’aide de pièges à eau, et d’eau de rivière grâce à un préleveur automatique. Un échantillonnage basse fréquence toutes les deux semaines sur l’ensemble de l’année hydrologique a également été réalisé afin de comparer la composition moléculaire de la MOD en crue et hors crue.  Après filtration à 0.2μm, les échantillons ont été lyophilisés dans le but de réaliser une analyse moléculaire (THM-GC-MS). Tout au long de l’épisode de crue, le gradient hydraulique a été mesuré toutes les 15 minutes en utilisant des piézomètres implantés dans la zone riparienne et sur les hauteurs du versant.

Au début de l’évènement de crue, le gradient hydraulique augmente rapidement et reste élevé pendant plusieurs jours. Au moment de cette augmentation, la MOD de la solution de sol est composée de molécules moins biodégradée et plus hydrophobes comparé à la MOD exportée en situation hors crue. Ces modifications sont également enregistrées à la rivière peu de temps après leurs apparitions dans la solution de sol. Cette composition moléculaire différente persiste plusieurs jours dans la solution de sol, en lien avec la persistance d’un gradient hydraulique élevé. En combinant échantillonnage en crue et hors crue, il a également pu être mis en évidence l’importance du lien entre intensité du gradient hydraulique et composition de la MOD.

Pour la première fois, la composition moléculaire de solutions de sol a été analysée à l’échelle de la crue. Les résultats ont permis de mettre en évidence l’évolution conjointe du gradient hydraulique, de la concentration et de la composition des MOD dans les sols et à la rivière. Ces observations ont permis de montrer le rôle prédominant de la dynamique de nappe dans les phénomènes d’érosion à l’origine de l’export et de la modification de la composition moléculaire des MOD en période de crue.

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