Source et dynamique du transfert des sédiments en suspension et des éléments biogènes (C, N, P) dans les bassins versants anthropisés

Sources et dynamique du transfert des sédiments en suspension et des éléments biogènes (C, N, P) dans les bassins versants anthropisé

Origine et devenir du phosphore dans le continuum aquatique de la Seine des petits bassins amont à l'Estuaire : rôle du phosphore échangeable sur l'eutrophisation

This study estimates the phosphorus (P) budget of the Seine basin (74 000 km2). In 2000, fertilizers represent 60 % of total P inputs to agricultural soils (20-25 kgP/ha). P stocks in cultivated soils appear very high (1800-5000 kgP/ha). Losses by runoff (0.18-0.59 kgP/ha) and by drainage (0.12 kgP/ha) contribute to 40-50 % of P inputs in upstream agricultural basins and 20 % for the entire basin. P content in suspended sediments (SS) increases 1 to 4 times from headwaters to the fluvial outlet. We use the 32P isotopic method to estimate the P exchangeability. The mathematical formulation of P ion transfer between SS and water is inserted into the Riverstrahler model and tested in the most eutrophicated sub-basin. 8000 tP (44 % as particulate P) are delivered to the Seine estuary. P content in SS decreases 2 times from the entry of the estuary to the mouth. Finally, we establish a mathematical formulation for the transfer of P between SS and water in the turbidity maximum of the estuary.Ce travail établit les bilans de phosphore (P) à l’échelle du bassin de la Seine (74 000 km2). En 2000, les engrais représentent 60 % des apports aux sols agricoles (20-25 kgP/ha). Les stocks y apparaissent énormes (1800-5000 kgP/ha). Les pertes par érosion (0.18-0.59 kgP/ha) et par drainage (0.12 kgP/ha), contribuent pour 40-50 % des apports de P dans les bassins agricoles amont et 20 % sur l’ensemble du bassin. Les matières en suspension (MES) s’enrichissent en P d’un facteur 4 entre l’amont et l’aval. La forte réactivité du P y est mis en évidence par une méthode isotopique au 32P. Le transfert des ions P entre les MES et l’eau, mis en équation et introduit dans le modèle Riverstrahler, est testé sur le sous-bassin le plus eutrophisé. 8 000 tP (44 % particulaire) sont apportées à l’estuaire. Les MES s’appauvrissent d’un facteur 2 entre l’entrée et la sortie de l’estuaire. Dans le bouchon vaseux, une équation du transfert des ions P entre les MES et l’eau est également formulée

Origine et devenir du phosphore dans le continuum aquatique de la Seine des petits bassins amont à l'Estuaire : rôle du phosphore échangeable sur l'eutrophisation

This study estimates the phosphorus (P) budget of the Seine basin (74 000 km2). In 2000, fertilizers represent 60 % of total P inputs to agricultural soils (20-25 kgP/ha). P stocks in cultivated soils appear very high (1800-5000 kgP/ha). Losses by runoff (0.18-0.59 kgP/ha) and by drainage (0.12 kgP/ha) contribute to 40-50 % of P inputs in upstream agricultural basins and 20 % for the entire basin. P content in suspended sediments (SS) increases 1 to 4 times from headwaters to the fluvial outlet. We use the 32P isotopic method to estimate the P exchangeability. The mathematical formulation of P ion transfer between SS and water is inserted into the Riverstrahler model and tested in the most eutrophicated sub-basin. 8000 tP (44 % as particulate P) are delivered to the Seine estuary. P content in SS decreases 2 times from the entry of the estuary to the mouth. Finally, we establish a mathematical formulation for the transfer of P between SS and water in the turbidity maximum of the estuary.Ce travail établit les bilans de phosphore (P) à l’échelle du bassin de la Seine (74 000 km2). En 2000, les engrais représentent 60 % des apports aux sols agricoles (20-25 kgP/ha). Les stocks y apparaissent énormes (1800-5000 kgP/ha). Les pertes par érosion (0.18-0.59 kgP/ha) et par drainage (0.12 kgP/ha), contribuent pour 40-50 % des apports de P dans les bassins agricoles amont et 20 % sur l’ensemble du bassin. Les matières en suspension (MES) s’enrichissent en P d’un facteur 4 entre l’amont et l’aval. La forte réactivité du P y est mis en évidence par une méthode isotopique au 32P. Le transfert des ions P entre les MES et l’eau, mis en équation et introduit dans le modèle Riverstrahler, est testé sur le sous-bassin le plus eutrophisé. 8 000 tP (44 % particulaire) sont apportées à l’estuaire. Les MES s’appauvrissent d’un facteur 2 entre l’entrée et la sortie de l’estuaire. Dans le bouchon vaseux, une équation du transfert des ions P entre les MES et l’eau est également formulée

Biogeochemistry: The fate of phosphorus

International audiencePhosphorus is essential for food production, but it is also a key cause of eutrophication. Estimates of phosphorus flux for the past 40-70 years reveal that large river basins can experience phases of phosphorus accumulation and depletion

Vers une gestion sédimentaire durable de l’aménagement hydro-électrique Arc-Isère

Le projet « gestion sédimentaire durable de la chaîne d’aménagements hydroélectriques Arc-Isère » a été mis en place par EDF suite au constat d’une sédimentation importante dans les bassins de cet aménagement, avec pour conséquence une moins bonne optimisation de la production. Ce projet intègre les principes de la méthodologie d’approche de la gestion sédimentaire sur les retenues appelée « état cible », intégrant les contraintes de nature sédimentaire, environnementale, et d’exploitation des aménagements. La première phase du projet présentée ici consiste en l’acquisition de connaissances nouvelles concernant les apports et transferts de sédiments fins au niveau des ouvrages et du cours d’eau, l’évolution morphologique des cours d’eau, les sédiments présents dans les retenues, le fonctionnement hydro-sédimentaire des aménagements et l’aspect économique lié aux sédiments. L’ampleur des mesures et études réalisées ou en cours, dont certaines sont encore du domaine de la recherche, met en évidence le besoin d’acquérir un volume important de connaissances pour définir une gestion sédimentaire durable qui réponde à des attentes en terme de production, d’équilibre économique et de contraintes environnementales et réglementaires

Influence de la mesure du débit sur l’incertitude liée au calcul de flux de mes et de carbone organique particulaire. Application sur un cours d’eau alpin (l’Isère à Grenoble, France)

L’estimation des flux particulaires (sédiment en suspension et substances associées telles que la matière organique ou les micropolluants) est un enjeu majeur dans les rivières de montagne. Une base de données haute fréquence (30 minutes) de débit, matières en suspension (MES) et carbone organique particulaire (POC) sur l’Isère à Grenoble a été utilisée pour le calcul des flux annuels et pendant des crues majeures sur 6 années de mesures (2006‑2011). L’étude présente une méthode de calcul d’incertitude des flux basée sur des simulations Monte Carlo utilisant les erreurs sur les relations entre mesure en continu et mesure expérimentale (hauteur/débit, MES/Turbidité, MES/POC). L’effet du débit sur le calcul d’incertitude est analysé pour différents scenarios d’erreur (0, 3, 10, 20 et 30 % et utilisation d’un débit moyen journalier). La méthode permet d’estimer des incertitudes inférieures à 10 % pour les flux annuels de MES et POC quel que soit le scénario. En revanche, les incertitudes sont plus importantes pour les événements de crue (jusqu’à 30 % avec l’utilisation d’un débit moyen journalier). Il ressort de l’étude que l’influence de l’erreur sur le débit est relativement moins importante que celle des erreurs déterminées sur les paramètres MES et POC. Il est également montré que le débit moyen journalier peut entrainer d’importantes incertitudes sur les calculs de flux notamment en période de crues, durant lesquelles une grande partie du flux de MES annuel de l’Isère peut avoir lieu. Il ressort de l’étude que la base de données haute fréquence reste la meilleure alternative pour une bonne estimation des flux

Transformations of nutrients (N, P, Si) in the turbidity maximum zone of the Seine estuary and export to the sea

International audienceNutrients (N, P, Si) were studied in the turbidity maximum zone (TMZ) of the Seine estuary at various moments of tidal cycles from April to October in 2001, 2002 and 2003, covering a salinity gradient from 0 to 27. Contrasted hydrological conditions were observed (extremely wet in 2001, unusually dry in 2003). Nutrient fluxes were analysed in terms of an indicator of coastal eutrophication potential (ICEP) using nutrient stoichiometry. Besides these three years, nutrient fluxes and corresponding ICEP values were analysed for a 17-year period, from 1990 to 2006. N, P and Si forms did not show ample transformations in the salinity gradient, revealing that the estuary plays a limited buffer role at the interface between river and coastal zone, however not inconsiderable during dry hydrology when longer water and particle residence times are compatible with the biological growth rates. The simplified LIFT model of the TMZ, already used for analysing organic matter transformation, was implemented here to simulate the nutrients' behaviour in the salinity gradient and to quantify nutrient fluxes after their transit in the TMZ. Abatements ranging from 15% to 40% of incoming N and P were calculated, without significant changes for silica. Although P-ICEP values did not show a severe risk for coastal eutrophication for the past few years, contrary to the situation from 1970 to 2000, the high N-ICEP, due to a steady use of fertilisers in agriculture, is a real threat for eutrophication and harmful algal blooms

Un an de mesure des flux de Matières En Suspension (MES) et de Carbone sur une rivière alpine: l'Isère

Cette étude a pour but de caractériser les flux de Matières en Suspension (MES) et de carbone d'une rivière alpine, l'Isère, en amont de Grenoble (5 570 km2). Les concentrations en MES sont mesurées indirectement à l'aide d'un turbidimètre avec un pas de temps d'une demi heure, après calage d'une relation Concentration-Turbidité lors d'évènements de fort transport solide. Ce type de mesure permet en effet d'acquérir des données à haute résolution temporelle et de mettre en évidence une forte variabilité temporelle à différentes échelles (saisonnière à infra-journalière). Ces données permettent également d'étudier l'influence de la stratégie d'échantillonnage sur l'estimation des flux de MES. Pour l'Isère, il est nécessaire de réaliser au moins une mesure toutes les 12 heures si l'on souhaite estimer les flux annuel avec une précision d'au moins 20 %. Les flux de carbone, estimés sur la base d'un suivi régulier hebdomadaire et plus finement pour des événements de crues, sont de l'ordre de 39 t km-2 an-1 à 80 % sous forme inorganique et 42 % sous forme particulaire

Influence de la mesure du débit sur l’incertitude liée au calcul de flux de matières en suspension et de carbone organique particulaire. Application sur un cours d’eau alpin (l’Isère à Grenoble, France)

Influence of flow measurement uncertainty related to the calculation of TSS and particulate organic carbon fluxes: application to an alpine river (Isère, France). Particulate Flux estimation (suspended sediment and associated substances such as organic matter or micropolutants) is a major issue in mountain rivers. A database of high-frequency (30 minutes) discharge, suspended solids (TSS) and particulate organic carbon (POC) on Isère River in Grenoble was used for the calculation of annual fluxes and during major floods over 6 years (2006-2011). Fluxes were calculated by summing the 30 minutes fluxes. The study presents a method for calculating uncertainty fluxes based on Monte Carlo simulations using the errors on the relationships between continuous measurement / experimental measurements (height / flow, TSS / Turbidity, TSS / POC). In particular, the effect of discharge for the calculation of uncertainty is analyzed for different error scenarios (0, 3, 10, 20, 30% and using a mean daily discharge). The method allowed estimating uncertainties < 10% for annual fluxes of TSS and POC whatever the scenario. However, uncertainties are more important for flood events (up to 30% with the use of a mean daily discharge). It appears from the study that the influence of the error on the discharge is relatively less important than the errors on the parameters MES and POC. It is also shown that the mean daily discharge should be avoided for flux calculations and that high frequency database remains the best alternative for a good estimate of the fluxes.L’estimation des flux particulaires (sédiment en suspension et substances associées telles que la matière organique ou les micropolluants) est un enjeu majeur dans les rivières de montagne. Une base de données haute fréquence (30 minutes) de débit, matières en suspension (MES) et carbone organique particulaire (POC) sur l’Isère à Grenoble a été utilisée pour le calcul des flux annuels et pendant des crues majeures sur 6 années de mesures (2006-2011). L’étude présente une méthode de calcul d’incertitude des flux basée sur des simulations Monte Carlo utilisant les erreurs sur les relations entre mesure en continu et mesure expérimentale (hauteur/ débit, MES/ Turbidité, MES/ POC). L’effet du débit sur le calcul d’incertitude est analysé pour différents scenarios d’erreur (0, 3, 10, 20 et 30 % et utilisation d’un débit moyen journalier). La méthode permet d’estimer des incertitudes inférieures à 10% pour les flux annuels de MES et POC quel que soit le scénario. En revanche, les incertitudes sont plus importantes pour les événements de crue (jusqu’à 30% avec l’utilisation d’un débit moyen journalier). Il ressort de l’étude que l’influence de l’erreur sur le débit est relativement moins importante que celle des erreurs déterminées sur les paramètres MES et POC. Il est également montré que le débit moyen journalier peut entrainer d’importantes incertitudes sur les calculs de flux notamment en période de crues, durant lesquelles une grande partie du flux de MES annuel de l’Isère peut avoir lieu. Il ressort de l’étude que la base de données haute fréquence reste la meilleure alternative pour une bonne estimation des flux.Arnaud Jérémy, Dutordoir Solène, Némery Julien, Belleudy Philippe. Influence de la mesure du débit sur l’incertitude liée au calcul de flux de matières en suspension et de carbone organique particulaire. Application sur un cours d’eau alpin (l’Isère à Grenoble, France). In: 35es journées de l’hydraulique de la Société Hydrotechnique de France. Hydrométrie 2013. Paris, 15-16 mai 2013. 2013