Axe 2 : Fonctionnement biogéochimique de l'estuaire de la Loire

Responsable : Edouard Metzger Pays de la Loire

L'axe 2 avait pour objectif de réactualiser les connaissances sur la dynamique des composés dissous et particulaires (nutriments, métaux, contaminants minéraux et organiques, radionucléides) à travers le gradient de salinité (de l'amont de Nantes à l'Ile d'Yeu) et d'étudier le rôle des vasières dans cette dynamique avec notamment l'influence de la faune (macroorganismes tels que les polychètes et les bivalves et microorganismes tels que les foraminifères), et de la flore (en particulier le biofilm algal). Nos travaux ont pu mettre en évidence une diminution réelle d'un certain nombre de contaminants transitant à travers l'estuaire mais aussi l'émergence de nouveaux contaminants comme certains perturbateurs endocriniens et certains platinoïdes. Nous avons pu établir que la vasière constituait un puits pour le fer et le manganèse dont les concentrations s'appauvrissent entre l'amont de l'estuaire et l'océan. Cette dynamique est fortement influencée par l'hydrologie qui conditionnera le temps de résidence des particules dans les vasières et donc la durée des transformations que ces particules subissent. Cela jouera un rôle très important dans la biodisponibilité du phosphore qui a une forte affinité avec le fer dans les sédiments. La pauvreté en phosphore dans l'Estuaire de la Loire limite la production primaire et les risques d'anoxie. Cependant, les stocks sédimentaires dans les vasières constituent une source de phosphore potentielle pour la colonne d'eau qui peut être remobilisé sous certaines conditions hydrologiques et climatiques que nous avons pu établir lors de cette étude. Cependant, les stocks sédimentaires restent mal contraints et des études complémentaires sont nécessaires. Le travail accompli permet de poser les bases pour le développement d'outils de surveillance, basés sur la télédétection, de la production primaire dans le fleuve et les vasières adjacentes ainsi que de la dynamique du bouchon vaseux qui couplés à des modèles hydrosédimentaires et biogéochimiques pourront servir de moyens de prédiction à court et à long terme des évènements anoxiques.



Tentative de bilan annuel du cycle du fer à l'échelle de l'estuaire de la Loire, les large flèches grises indiquent des flux de particules avec l'évolution de leur composition en oxydes de fer depuis leur entrée dans l'estuaire (indiqué par ). Les doubles flèches représentent les flux de fer estimés sous forme particulaire ou dissoute (A. de Chanvalon, thèse soumise en mars 2016)


Action 2.1 Fonctionnement biogéochimique des vasières Edouard Metzger
sous-action 2.1.1 Cartographie hyperspectrale Vona Méléder-Tard
sous-action 2.1.2 Géochimie du sédiment Edouard Metzger
sous-action 2.1.3 Qualité de la faune benthique et bioturbation Catherine Mouneyrac

La partie télédétection de cette action repose sur le programme SOHLA de Géopal dont l'activité a été bloquée en 2012 et dont les images acquises fin 2013 sont en cours de traitement. Grâce aux images acquises en 2010 et 2011 l'étude a pu être engagée dès le lancement du programme. C'est particulièrement les cas des applications à la vasière des brillantes sélectionnées comme site remarquable pour le programme RS2E. Des campagnes communes ont eu lieu sur ce site tant en géochimie qu'en étude de la faune du sédiment en septembre 2012, avril/mai 2013 et février 2014, couvrant ainsi des conditions climatiques et hydrologiques contrastées. 2 sites ont particulièrement été étudies disposés parallèlement à l'étier de Corcept, le premier situé à quelques dizaines de mètres de la berge alors que le deuxième se situé 300 m plus loin. Cela a permis d'étudier deux stations contrastées vis-à-vis de l'intensité des processus de dépôt/resuspension.

Localisation des sites d'échantillonnage


Les résultats déjà acquis ont permis de mettre en évidence  le caractère saisonnier du système malgré la faible fréquence d'échantillonnage : l'occurrence d'une crue hivernale, favorisée par des grands coefficients de marée et des vents importants, permet le dépôt d'une couche de sédiment de plusieurs centimètres relativement riche en oxydes de fer et de manganèse. Sous l'effet de la compaction et de la marée, seuls quelques millimètres seront enregistrés dans le bilan sédimentaire en haut de vasière. Cependant, ce processus d'érosion/compaction semble beaucoup plus lent et les particules enrichies en métaux subiront des transformations impulsées par le métabolisme des bactéries anaérobies. Le résultat de ce processus est la libération progressive de manganèse, fer et phosphore vers l'eau interstitielle et en partie vers la colonne d'eau. De l'ammonium est aussi produit et la libération de ces nutriments fournit aux producteurs primaires les éléments nécessaires à leur développement. Ainsi les diatomées, microalgues dominant la vasière des Brillantes se développement et fournissent de la nourriture à la méiofaune (comme les foraminifères) et à la macrofaune (principalement des genres Hediste et Scrobicularia). Ces organismes vont eux-mêmes par leur activité favoriser le remaniement sédimentaire et éventuellement augmenter les transferts de métaux et de phosphore du sédiment vers la colonne d'eau.

L'ensemble de ces processus semble pouvoir se développer plus intensément en haut de vasière alors que la station distale subit l'influence du courant ce qui diminue le temps de résidence des particules et donc l'intensité de leurs transformations. Cela se traduit par une plus faible densité de microalgues, d'organismes de la méiofaune et de la macrofaune et aussi par une granulométrie plus grossière.



Fonctionnement biogéochimique de la vasière des Brillantes synthétisé à partir d'une schématisation des données obtenues lors des campagnes (de gauche à droite) de février 2015, d'avril 2016 de mai 2014 et de septembre 2013. L'oxygène ne pénètre pas à plus de 5mm et n'est pas représenté. Les fronts redox sont définis, pour Mn(IV) et Fe(III) à partir des zones de production (identifiées visuellement, Figure 51 - site 1) de l'espèce réduite et pour NO3- et SO42- à partir de la consommation de Fe2+ ou Mn2+. Les flèches verticales indiquent un flux vers la colonne d'eau dont l'importance est relative à la largeur de la flèche. Les flux de phosphate sont du même ordre de grandeur que les flux de fer dissous. Le décalage de l'interface correspond à la compaction et à l'érosion progressive du sédiment (A de Chanvalon, thèse soutenue en mars 2016)



Action 2.2 Qualité de l'eau et transfert de contaminants Christophe Brach-Papa
sous-action 2.2.1 Etude morphosédimentaire Grégoire Maillet
sous-action 2.2.2 Comportement des métaux traces Jean-François Chiffoleau
sous-action 2.2.3 Perturbateurs thyroïdiens Laurence Poirier

Cette action a bénéficié des campagnes à bord de l'Haliotis et de la Thalia. Les campagnes Haliotis ont été soumises à la CNFC en partenariat avec le programme SEMHABEL dont les missions Haliotis ont été synchronisées avec celle de la Thalia avec des missions Camélia également soumises à la CNFC. Lors de ces campagnes, la carte bathymétrie depuis Montjean sur Loire jusqu'à une radiale entre Belle Ile et L'ile d'Yeu a pu être réalisée avec une densité de couverture un peu moins importante au large. Nous avons pu aussi déployer des outils sismiques dont la pénétration dans le sédiment a permis d'obtenir des informations sur la rugosité de surface et sur les épaisseurs des remplissages sédimentaires. Les missions embarquées à bord de la Thalia ont permis d'échantillonner l'eau et les particules en suspension en fonction du gradient de salinité qui en cas de grande crue comme en février 2014 s'étendait au-delà de l'Ile d'Yeu. La composition chimique des particules a permis de mettre en évidence les transformations subies à travers leur passage dans l'estuaire. On peut noter la perte de fer et de manganèse qui semblent être progressivement enfouis dans les sédiments de l'estuaire interne jusqu'à la grande vasière située dans la partie la plus distale de l'estuaire. Nous avons pu aussi établir que la teneur en contaminants minéraux a fortement baissée depuis les dernières campagnes réalisées dans les années 90 à l'exception notable du mercure. D'autre part, l'étude du compartiment sédimentaire (de Saint Nazaire à Ancenis) indique une contamination marquée par des contaminants organiques type perturbateurs endocriniens, particulièrement dans la partie amont de l'estuaire.


Action 2.3 Les radionucléides dans l'environnement Catherine Landesman
sous-action 2.3.1 Comportement de tritium
Olivier Peron

Le comportement du tritium (3H ou T) dans l'estuaire a été étudié sur les échantillons des fonds estuariens (sédiment de surface et carottes sédimentaires), de la colonne d'eau et d'eau de surface. Les données acquises semblent montrer qu'il existe une source de tritium en aval de l'estuaire avec une tendance à l'augmentation de l'activité volumique en tritium lorsque l'on se rapproche du terme source. Pour les échantillons d'eau de surface, le comportement conservatif du tritium a montré que l'intensité des émissions semble être pilotée par l'hydrologie de la Loire qui, en cas de crue, tend à diluer ce signal. En complément, les activités volumiques en tritium mesurées dans les horizons d'une carotte sédimentaire séculaire sont bien un héritage du passé. Malgré cette perturbation anthropique indéniable, les niveaux d'activité semblent rester bien en deçà des normes établies par les différentes agences de sureté nucléaire.

L'ensemble de ces résultats est en cours de valorisation avec plusieurs articles publiés ou en cours de publication (voir annexe). Une fois cette première série de publications réalisée, la quantité et la variété de données acquises dans ce projet permettra sans doute la rédaction d'articles transversaux dont l'intérêt dépassera certainement les enjeux locaux. Nous serons ainsi en mesure de définir très précisément les actions d'observations les plus pertinentes pour suivre l'évolution de l'estuaire de la Loire dans un contexte de pression anthropique et de réchauffement climatique.


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