Mécanismes réactionnels endogènes aux retenues d’eau et impact sur la qualité des eaux
Equipe du thème
Personnels permanents
Marilia Camotti-Bastos – MCF
Véronique Deluchat – Pr
Geneviève Feuillade – Pr
François Bordas – MCF
Malgorzata Grybos – MCF
Virginie Pallier – MCF
Marion Rabiet – MCF
Personnels contractuels
Ngoc-Diep NGuyen – IGE
Doctorant(e)s
Edgar Godet
Mots clés
L’objectif de ce thème est de définir les mécanismes qui régissent le transfert d’éléments à l’origine de la dégradation de la qualité des eaux dans les retenues. Les principaux éléments étudiés sont d’une part les éléments trace métalliques et métalloïdes, dont l’origine peut être naturelle ou anthropique, et d’autre part le phosphore, étant donné son rôle clé dans le phénomène d’eutrophisation. L’impact de ces contaminants est conditionné par leur biodisponibilité et donc par leur spéciation. Ainsi il convient de caractériser les réactions contrôlant cette spéciation et la mobilité de ces éléments, en considérant en particulier les échanges à l’interface eau/sédiment. En effet, ces contaminants, ayant une forte affinité pour la fraction particulaire, s’accumulent dans les sédiments des retenues, créant une charge interne. Les cyanotoxines produites par les cyanobactéries et la dégradation de la matière organique (macrophytes, algues, cyanobactéries) sont les principales sources de dégradation de la qualité des eaux en relation avec l’eutrophisation. La matière organique, étant donné son rôle dans la spéciation des métaux et du phosphore, est également un paramètre clé à considérer pour évaluer la mobilité des contaminants.
La connaissance des teneurs totales en polluant dans un sédiment ne permet pas d’évaluer les risques de transfert vers la colonne d’eau. La détermination de la distribution des contaminants par fractionnement chimique et physique est nécessaire pour évaluer leur mobilité dans les retenues, avec des conditions physico-chimiques variables (pH, rédox, température…) du fait des modalités de gestion (hydroélectricité par exemple), des variations des conditions hydrologiques saisonnières et/ou induites par le changement climatique. Des études en laboratoire, en conditions contrôlées, sont nécessaires pour déterminer les quantités de contaminants mobilisables depuis les sédiments vers la colonne d’eau, sous différentes conditions physico-chimiques. Dans l’évaluation de la mobilité des contaminants des sédiments vers la phase liquide, outre les formes dissoutes, il convient de considérer également la contribution de la fraction colloïdale, avec une évaluation de la biodisponibilité des éléments dans cette fraction. L’ensemble de ces résultats permettront de définir l’impact des conditions de gestion (marnage, assec, conditions de stockage des sédiments suite à leur exportation…) sur la mobilité des contaminants, afin de maîtriser leur dissémination.
Enfin, le suivi de la spéciation des polluants dans la colonne d’eau des retenues au cours d’un cycle hydrologique constitue également un enjeu majeur pour maitriser la dynamique des contaminants dans les retenues.
Projets en cours
AAP R&D du Conseil Scientifique de l’IFCE, thématique « Sciences zootechniques et vétérinaires ».
REsidus Vétérinaires, Environnement, Eau : Devenir des produits pharmaceutiques vétérinaires au sein d’une exploitation équine & Impact quantitatif sur la ressource en eau
Coordinateurs ou porteurs : Virginie Pallier & Geneviève Feuillade
La diffusion des produits pharmaceutiques vétérinaires dans l’environnement est une problématique émergente de par leurs potentiels impacts écologique et sanitaire et leur large utilisation dans les exploitations d’élevage agricole. L’évaluation de leur présence dans l’environnement a déjà fait l’objet d’études qui ont permis de les quantifier dans les sols, les sédiments, les eaux superficielles et souterraines. Ces études se sont plus particulièrement intéressées à leur devenir et à leur réactivité dans les sols suite à l’amendement de fumiers, les fumiers représentant un vecteur majoritaire de diffusion avec en moyenne 50% des molécules excrétées via les urines ou les fèces (Song & Guo, 2014). Cependant, aujourd’hui, les modes de gestion optimisées des fumiers permettent de minimiser leur diffusion dans l’environnement. Les résidus vétérinaires peuvent par contre diffuser des fumiers issus d’une gestion non optimisée, des excréments et des sols amendés vers les milieux aquatiques par des phénomènes de ruissellement et percolation. Des concentrations variables ont ainsi été quantifiées à l’échelle internationale dans les eaux de ruissellement de sols amendés et dans les ressources en eaux de bassins versants subissant des pressions agricoles. Cette contamination des ressources en eau revêt donc un caractère prioritaire d’autant que les contaminations peuvent être multiples et responsables d’effet cocktail. Le site de la station expérimentale des Haras nationaux de Chamberet (19) est choisi comme site pilote dans cette étude de par ses activités et sa localisation géographique. Ce projet vise donc à qualifier et quantifier l’impact de l’administration de produits pharmaceutiques vétérinaires aux chevaux sur la qualité physico-chimique et chimique des ressources en eau et sur les écosystèmes aquatiques. Il s’appuie sur des protocoles de médication systématiques, pouvant impacter durablement l’environnement du site.
Partenaires financiers :
AAP CNRS INRAe Cycle du carbone dans les écosystèmes terrestres
C-TROPH. De la connaissance du cycle du carbone des sédiments de milieux eutrophes à leur valorisation : l’organisation d’un continuum scientifique.
Coordinateurs ou porteurs : G. Feuillade, V. Pallier & M. Grybos
Si le cycle du carbone (C) et notamment son stockage dans les sols a fait l’objet d’une attention croissante en raison des enjeux liés à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, ces questions ont été un peu moins étudiées dans les écosystèmes aquatiques continentaux à l’exemple des plans d’eau. Nombre de ces écosystèmes ont pourtant connu un enrichissement en nutriments au cours du 20ème siècle qui s’est traduit par leur eutrophisation. L’une des conséquences de ce phénomène est la survenue de proliférations de cyanobactéries qui se traduisent par la production d’une biomasse organique très importante. Dans ces écosystèmes, le cycle du C concerne aussi bien les apports allochtones que la production autochtone et leur transformation, leur mobilité et leurs échanges entre la solution, les sédiments et l’interface eau/sédiments. Comprendre le cycle du C dans un écosystème eutrophe constitue donc une étape nécessaire pour mieux appréhender le stockage du C dans les sédiments et pour évaluer la stabilité et l’évolution de ce stock dans le temps. Par ailleurs, ces connaissances sont nécessaires pour les travaux qui se rapportent aux voies de valorisation des sédiments, notamment pour celles qui font appel à des procédés bas carbone.
Partenaires financiers :
AAP IFCE
Sources Environnementales & Contamination des Chevaux en Arsenic : Vers une compréhension des mécanismes de contamination. Intérêt pour le contrôle antidopage.
Coordinateurs ou porteurs : G. Feuillade & V. Pallier
Le projet SECCAs-2 vise à comprendre les mécanismes de transfert et de mobilisation de l’arsenic du sol vers les différents compartiments de l’environnement : phases aqueuse (zone humide), végétale (herbe) et animale (cheval), sur le site de la station de Chamberet, afin d’évaluer sous quelles conditions environnementales, climatiques, physico-chimiques et chimiques, l’arsenic est rendu disponible pour le cheval, avec pour conséquence possible la détection d’arsenic urinaire en concentration supérieur au seuil international (300 ng/mL).
Les objectifs scientifiques et techniques du projet SECCAs-2 sont :
– Réaliser des tests de lixiviation, afin d’évaluer le potentiel de relargage du sol vers la phase aqueuse et de simuler le comportement des zones humides identifiées comme pouvant être riches en arsenic ;
– Réaliser des tests de percolation en colonne afin de quantifier la mobilisation de l’arsenic de la phase solide vers la phase aqueuse en simulant les conditions in-situ ;
– Réaliser des essais de culture d’herbe afin d’évaluer le pourcentage de mobilisation de l’arsenic de la phase solide vers la phase végétale par phytoremédiation.
– Evaluer l’ingestion de sol par les chevaux pour évaluer la contribution du sol ingéré à l’exposition orale des chevaux en As.
Des recommandations pourront être établies afin de limiter la contamination des chevaux de course ou de sport avant une compétition.
Partenaires financiers :
Appel à manifestations d’intérêt : Développements en matière de surveillance et d’évaluation DCE de l’état des eaux et des milieux aquatiques
POMOSED – Phosphore mobilisable dans les sédiments de plans d’eau : Quels paramètres pertinents pour l’évaluation des stocks ?
Coordinateurs ou porteurs : Véronique Deluchat, Malgorzata Grybos et Marion Rabiet
Ce projet concerne l’évaluation de la pertinence du suivi réglementaire DCE de la qualité des sédiments de plans d’eau, en relation avec l’évaluation du risque de transfert du phosphore (P) vers la colonne et avec l’estimation des stocks de P sédimentaire. Actuellement, le suivi DCE qui a débuté en 2005 comprend l’analyse de la granulométrie et des teneurs en phosphore total, fer, aluminium et manganèse sur le sédiment au niveau d’un seul point de prélèvement par masse d’eau plan d’eau, dans la zone la plus profonde.
L’objectif de ce projet est de proposer une méthodologie permettant d’apprécier la qualité des sédiments vis-à-vis du phosphore et du risque environnemental. Cette méthodologie sera présentée de façon à être directement utilisable par les acteurs concernés (bureaux d’études, gestionnaires…).
Dans un premier temps, une analyse des données actuellement récoltées sur les sédiments sera réalisée afin d’évaluer la pertinence de ce programme vis à vis de la caractérisation physico-chimique des sédiments ainsi que des facteurs expliquant les variabilités observées.
Dans un deuxième temps, au sein d’une sélection de plans d’eau (entre 20 et 30 plans d’eau naturels et artificiels), des analyses complémentaires seront effectuées afin d’évaluer la teneur en phosphore potentiellement mobilisable (PPM), en considérant un protocole de fractionnement par extractions séquentielles ou sélectives. Ce PPM sera confronté aux données du suivi actuel, et dans la mesure du possible, il sera étudié la possibilité de l’estimer à partir des données existantes. Dans la négative, il sera proposé des recommandations quant à la nature des données complémentaires permettant d’y accéder. Les éventuelles analyses complémentaires seront sélectionnées en considérant les coûts associés. L’établissement de grille d’évaluation de la qualité des sédiments sera également étudié.
Enfin, pour deux à trois plans d’eau, le stock de P sera déterminé en considérant un plan d’échantillonnage robuste. A partir de ces résultats et d’une analyse statistique des données, une évaluation du niveau de précision du stock de P sera faite, en considérant différents scenarii d’échantillonnage, dont celui mis en œuvre dans le cadre de la DCE. Selon les résultats, il sera proposé une stratégie d’échantillonnage révisée pour atteindre les objectifs.
Partenaires financiers :
AAP Région – Recherche 2021-2022
PHO-RET : Dynamique du phosphore dans les retenues : du bassin versant à la retenue, des sédiments vers la colonne d’eau.
Coordinateurs ou porteurs : Marion Rabiet, François Bordas, Rémy Buzier et Véronique Deluchat
La problématique de l’insuffisance des ressources en eau dans le contexte du changement climatique, conduit à leur porter une attention particulière, tant du point de vue quantitatif que qualitatif. La préservation de la qualité des plans d’eau, qui sont des milieux fortement altérés par les problématiques d’eutrophisation, constitue ainsi un enjeu majeur, étant donnés les nombreux usages socio-économiques qui y sont associés.
Le rôle majeur du phosphore (P) dans l’eutrophisation des eaux continentales conduit à rechercher la maitrise de sa dynamique dans les plans d’eau. Ainsi, Il est proposé de développer une méthodologie d’évaluation des flux de P à l’entrée et à l’aval des retenues, mais aussi au niveau de leur bassin versant. Ces informations devraient permettre l’amélioration de la connaissance sur les apports ponctuels en considérant diverses activités d’occupation des sols mais aussi en considérant divers régimes hydrologiques. Le rôle des retenues en tant que « piège à sédiments » et ainsi rétention du P associé pourra être établi. Cette méthodologie sera basée sur l’établissement de bilans matière du phosphore au sein des retenues et en confrontant ces résultats avec la caractérisation de sédiments frais collectés dans des pièges à sédiments.
Afin d’enrichir les connaissances relatives à la dynamique du phosphore dans les retenues, une évaluation de la spéciation chimique du phosphore sera réalisée dans les fractions dissoute, particulaire et colloïdale, cette dernière fraction étant souvent négligée. La mise en place d’échantillonneur passif permettra d’accéder au P labile, représentatif du P biodisponible. Dans la fraction solide (sédiments, matières en suspension et colloïdes), un fractionnement chimique permettra d’identifier les phases porteuses du P.
Le bilan matière entrée/sortie, réalisé à l’échelle d’un cycle hydrologique permettra de mettre en évidence si une corrélation existe entre le fonctionnement hydrodynamique du système et la pluviométrie, les activités du bassin versant (en fonction des pratiques agricoles par exemple) ou une dynamique saisonnière. Le rôle majeur des phénomènes d’érosion et des phénomènes de séchage/ré-humidification des sols et sédiments dans la mobilité du phosphore, amènera à apporter une attention particulière à l’influence des conditions météorologiques, avec des suivis ciblés sur des périodes de crues et sur des épisodes pluvieux ayant succédé à des périodes sèches assez longues.
Ces différents paramètres permettront d’améliorer la connaissance sur la dynamique du P dans la retenue (évolution de la distribution du P entre les trois fractions de taille) et dans les différents compartiments (colonne d’eau et sédiments).
La connaissance du fractionnement par taille du P à l’entrée de la retenue au cours d’un cycle hydrologique, sera nécessaire pour évaluer la pertinence de l’installation en entrée de retenue, de systèmes de piégeage du P, basés sur des principes de filtration ou d’adsorption.
Durée : sept 2021 à février 2023
Partenaires financiers :
