Marlène Lavrieux

Traçage de l’origine et de la connectivité sédimentaires à l’aide d’isotopie stable sur composés spécifiques et de biomarqueurs spécifiques

Marlène Lavrieux, Katrin Meusburger, Axel Birkholz, Christine Alewell

Université de Bâle, Département Sciences Environnementales, Bernoullistrasse 30, 4056 Bâle, Suisse.

La déstabilisation des versants et les transferts de matière associés font partie des causes majeures de la dégradation des écosystèmes aquatiques et de la qualité des eaux de surface. Au travers des usages des sols et des pratiques agricoles, les activités humaines modifient le risque érosif des sols et la connectivité sédimentaire des bassins-versants, devenant un facteur-clé de la dynamique sédimentaire. Ainsi, les plans de restauration et de gestion des masses d’eau ne peuvent être efficaces qu’à condition d’identifier les sources sédimentaires et leurs contributions respectives, et donc la part attribuable aux différents usages des sols et pratiques agricoles.

Diverses méthodes de traçage sédimentaire (« sediment fingerprinting ») basées sur les propriétés géochimiques (composition élémentaire), colorimétriques, magnétiques ou encore isotopiques (137Cs) des sédiments, sont actuellement utilisées. Cependant, ces outils ne sont pas adaptés au traçage basé sur l’usage des sols. De nouvelles approches de géochimie organique sont maintenant développées pour distinguer les contributions de sols-sources sous différents usages :

(i)  La technique de mesure des isotopes stables sur composés spécifiques (CSSI), basée sur la variabilité de la signature isotopique des biomarqueurs (ici, le 13C des acides gras) au sein du règne végétal,

(ii)                L’analyse des cortèges de biomarqueurs très spécifiques (i.e. spécifiques à l’échelle de la famille-source, voire de l’espèce-source), d’utilisation jusqu’ici principalement restreinte aux reconstructions paléo-environnementales, qui offrent également des perspectives prometteuses pour le traçage de l’origine des sédiments actuels.

L’applicabilité de la technique CSSI a été testée sur le bassin-versant de l’Enziwigger (Canton de Lucerne, Suisse), caractérisé par 3 usages de sols (forêts, cultures, prairies), tous dominés par des plantes C3. Les signatures 13C des acides gras s’avèrent suffisamment contrastées pour discriminer les sols-sources et ainsi pour quantifier, à l’aide d’un modèle de mélange, les contributions sédimentaires à la rivière.

Cette approche a été également appliquée à la tête du bassin-versant du lac de la Soyang (Haean, Corée du Sud), couvert de forêt, de rizières, de cultures de maïs et de légumes, et dont les sols sont très susceptibles à l’érosion. Les premiers résultats indiquent une contribution croissante des plantes C4 vers l’aval.

Enfin, un nouveau projet vise à reconstruire la variabilité spatio-temporelle des principales sources sédimentaires du lac de Baldegg (Canton de Lucerne, Suisse), qui souffre d’une importante eutrophisation malgré les nombreuses tentatives de remédiations engagées depuis 40 ans. Les zones pourvoyeuses de sédiments et les volumes exportés seront identifiés à l’aide de la technique CSSI et de biomarqueurs très spécifiques, associés à un modèle de connectivité sédimentaire. La variabilité de l’origine sédimentaire sera déterminée par l’analyse de sédiments de rivière en suspension échantillonnés en basses et hautes eaux (court terme), ainsi que par l’analyse d’une carotte lacustre couvrant les 130 dernières années (long terme).

Ces résultats démontrent l’utilité de l’approche organique pour le traçage des sources sédimentaires en contexte d’usages de sols contrastés. Associée à d’autres méthodes de traçage, cette approche pourrait à l’avenir devenir un outil d’aide à la décision pour la gestion des bassins-versants.

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