Mécanismes de transfert des éléments traces métalliques (ETM) et réactivité estuarienne : cas des systèmes Gironde, Charente, Seudre et Baie de Marennes Oléron

par Aymeric Dabrin

Thèse de doctorat en Géochimie et écotoxicologie

Sous la direction de Gérard Blanc et de Jörg Schäfer.

Soutenue le 12-06-2009

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde) .

Le jury était composé de Patrice Castaing, Frédérique Eyrolle, Marina Coquery.

Les rapporteurs étaient Wolfgang Ludwig, Philippe Negrel.


  • Résumé

    La Baie de Marennes Oléron, première zone Européenne d’ostréiculture, est exposée aux apports de contaminants métalliques provenant de la Charente et la Seudre, dont les apports en eau et particules se font directement dans la baie, mais également par la Gironde dont les apports sont indirects et tributaires des forçages hydrologiques et météorologiques. Un réseau de surveillance (2006-2007) a été mis en place sur le fleuve Charente et sur la Seudre afin de déterminer leurs flux bruts métalliques dissous (<0,2µm) et particulaires. En raison d’un faible débit moyen annuel, les flux métalliques de la Seudre sont négligeables. En Charente, les concentrations dissoutes et particulaires en Cd et Cu sont semblables ou supérieurs à celles de la Garonne, représentant des flux spécifiques supérieurs à ceux de la Garonne. La réactivité des ETM dans les estuaires de la Gironde et de la Charente, dans la zone littorale et dans la Baie de Marennes Oléron a été documentée à partir d’une vingtaine de campagnes océanographiques et d’un suivi mensuel (2007) sur la partie sud de la Baie de Marennes Oléron. En Gironde, les concentrations dissoutes totales en Cd, V et U le long des gradients turbides et salins sont représentées essentiellement (>90%) par la fraction labile. En revanche, 30-70% de Co dissous et 50-60% de Cu dissous sont fortement complexés. Les 15 campagnes sur l’estuaire de la Gironde en conditions hydrologiques et saisonnières très contrastées ont permis de documenter la distribution et la spéciation des ETM et de proposer un modèle de calcul des flux nets annuels dissous des ETM exportés en zone littorale. En couplant des mesures ADCP à des prélèvements géochimiques à l’embouchure de la Gironde pendant un cycle tidal et pour différentes conditions hydrologiques, nous avons déterminé les flux résiduels en ETM particulaires au cours d’un cycle tidal. La mise en relation de ces résultats avec un modèle hydro-sédimentaire a permis d’estimer les flux nets en ETM particulaires de la Gironde pour l’année 2007. Pour tracer le transfert des particules de la Gironde dans la Baie de Marennes Oléron nous avons utilisé les rapports élémentaires de la fraction résiduelle des particules et analysé le panache turbide de la Gironde par imagerie satellite. Ces deux approches indépendantes suggèrent que 50% à 75% de la masse totale de MES véhiculées annuellement dans la baie proviennent de la Gironde et transitent majoritairement par le Pertuis de Maumusson. Les résultats inédits obtenus à partir des mesures in situ et d’expérimentations de désorption ont permis de proposer un bilan annuel des flux métalliques des différentes formes de Cd et Cu intégrant la Baie de Marennes Oléron. Près de 61% des apports totaux en Cd dans la Baie de Marennes Oléron sont issus des apports dissous de la Charente alors que 60% des apports totaux en Cu sont représentés par le transfert de particules de la Gironde.


  • Résumé

    The Marennes-Oléron Bay, Europe’s major oyster production zone, receives direct particle and water inputs by the Charente and the Seudre Rivers. The bay is also indirectly influenced by inputs from the Gironde Estuary, depending on hydrological and meteorological forcing. Fluvial trace metal inputs via the Charente and Seudre Rivers were evaluated during 2006-2007. Trace metal fluxes in the Seudre River were negligible due to its low mean annual freshwater discharge. Dissolved (<0.2µm) and particulate Cd and Cu concentrations and specific fluxes in the Charente River were similar or higher than those in the Garonne River. The reactivity of trace metals in the Gironde/Charente Estuaries, in the coastal zone and in the Marennes-Oléron Bay was investigated by 20 oceanographic campaigns and by a monthly monitoring (2007) of the Southern Marennes-Oléron Bay. The major parts (>90%) of total dissolved Cd, V and U concentrations along the turbidity and the salinity gradients were present in the labile fraction. In contrast, 30-70% of dissolved Co concentrations and 50-60% of dissolved Cu were strongly-bound to dissolved complexes. Based on 15 dissolved trace metal profiles, we evaluated the variability of dissolved trace metal distributions and speciation in the Gironde Estuary and proposed an empirical model for the estimation of dissolved trace metal annual net fluxes exported to the coastal ocean. Coupling ADCP measurements with geochemical data obtained at the Gironde Estuary mouth during entire tidal cycles and for contrasting conditions, we determined the residual particulate trace metal daily net fluxes. Comparison of our results with a hydro-sedimentary model allowed estimating the particulate trace metal net fluxes of the Gironde Estuary at the annual scale for 2007. Characteristic trace metal ratios in the residual particulate fraction of SPM and sediment were identified to trace particle transfer from the Gironde to the Marennes-Oléron Bay. This approach and the study of the shape of the turbid plume by satellite imaging suggest that the Gironde Estuary contributes 50-75% of the total annual SPM inputs into the bay via the Maumusson inlet. Based on these original results and combining in situ measurements and desorption experiments we proposed an annual budget of Cd and Cu fluxes into the Marennes-Oléron Bay. Dissolved Cd fluxes of the Charente Estuary accounted for ~61% of the total Cd inputs into the Marennes Oléron Bay, while ~60% of the total Cu inputs were transported by the particles from the Gironde Estuary.


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