Réponses des grands lacs périalpins aux pressions anthropiques et climatiques récentes : reconstitutions spatio-temporelles à partir d'archives sédimentaires

par Jean-Philippe Jenny

Thèse de doctorat en Sciences Terre, Univers et Environnement

Sous la direction de Jean Marcel Dorioz et de Fabien Arnaud.

Le président du jury était Michel Meybeck.

Le jury était composé de Adrian Gilli, Thierry Caquet.

Les rapporteurs étaient Nicolas Tribovillard, Irene Gregory-Eaves.


  • Résumé

    Les travaux de recherche développés durant cette thèse relèvent de la biogéochimie et de la sédimentologie appliquée aux systèmes lacustres. Ils s'inscrivent dans une démarche de rétro-observation sur la période récente (150-300 ans) avec l'objectif global d'évaluer l'implication des forçages environnementaux locaux (charge externe en nutriments, hydrologie) dans l'accentuation/atténuation des forçages globaux (climat). Nos recherches se sont concentrées sur une réponse intégratrice du système lacustre : le développement de l'état de l'hypoxie (manque d'oxygène ; [O2] <2µg L-1) dans les lacs, qui reflète l'état du système lacustre à l'échelle de l'hypolimnion. La thèse participe à un programme pluridisciplinaire, IPERRETRO ANR VMCS 008, dont les résultats sont utilisés dans ce travail pour comparer les trajectoires de 3 réponses biologiques (diatomées, cladocères, chironomes) et de la réponse de l'hypoxie dans les lacs du Léman, du Bourget et d'Annecy. Les objectifs spécifiques de ce travail de doctorat sont 1) de développer une méthode de quantification du régime de l'hypoxie au travers d'une approche spatio-temporelle (multi-site de carottage), 2) de caractériser les forçages et, 3) de recourir aux outils de modélisation statistique afin de comprendre les relations entre les forçages (globaux et locaux) et les réponses de l'écosystème lacustre dans un contexte de réchauffement climatique. Le prélèvement inédit de 81 carottes sédimentaires s'est révélé essentiel pour quantifier 2 forçages clés de l'hypoxie dans les 3 lacs : 1) les flux biogéniques et 2) le régime des crues. Nos principaux résultats montrent que l'enrichissement en phosphore dissous a conduit à un changement d'état de l'hypolimnion dès le milieu du XXe siècle. Désormais hypoxique, les écosystèmes de l'hypolimnion semblent particulièrement vulnérables face à l'augmentation croissante des températures. En revanche, l'action des crues (à l'échelle pluriannuelle, pluri-décennale et centennale) présente des effets bénéfiques sur les conditions de l'hypolimnion en favorisant périodiquement la recharge en oxygène, malgré l'état de stabilité global de l'hypoxie. D'autre part, les résultats montrent que le contexte hydrique local (~dimension des affluents) conditionne la vulnérabilité spécifique des lacs face aux changements globaux. Nous montrons qu'un lac comme Annecy (petit affluent) est plus vulnérable aux augmentations de température qu'un lac comme le Léman (gros affluent). Finalement, les trajectoires des réponses lacustres (flux biogéniques, diversité biologique et régime de l'hypoxie) indiquent que les réponses sont généralement plus immédiates dans l'hypolimnion face aux changements globaux et locaux que dans l'épilimnion. Cette différence de sensibilité des réponses, entre les « sous-systèmes », précise l'ampleur des défis pour la modélisation et la gestion intégrée des systèmes lacustres.

  • Titre traduit

    Responses of great perialpin lakes to recent anthropogenic and climatic forcings : spatio-temporal reconstructions from sediment archives


  • Résumé

    This Thesis is dedicated to the identification of issues (local and global stressors) that affected lakes physical and biogeological environment over the last 150 years through sediment-based palaeo-reconstructions. Our researches focussed on the recent development of hypoxia (i.e. low oxygen concentrations) which is a good indicator of lake ecosystem quality at the hypolimnetic scale. The aim is to reconstruct in 3 perialpin lakes (Geneva, Bourget, Annecy), with annual resolution, the evolution of 1) trophic level (Anthropic forcing), 2) flood regime (climate forcing) and 3) hypoxia (hypolimnetic response) in order to identify over time the role of human activity and climate on the lake ecosystem quality. A 4D approach is developed, using 80 sediment cores, to quantify for the first time the low oxygen dynamic and the flood regime from sediment archives. Statistical modelling is used to identify the relation between thermal, hydrological, trophic forcings on the response of hypoxia. 3D modelling is developed to support the results and to make results more understandable to actors of management. The principal findings gather around three topics: 1) Optimisation of spatio-temporal approach to quantify palaeoreconstruction from sediment archives based on volume calculation. Those reconstructions of hypoxia dynamic for the three lakes enable to emphasis the notion of weaken equilibrium, ecosystems vulnerability and the amplification of response following cumulative pressures. 2) New description of hypolimnetic functioning under constant increase of external pressures (with a focus on the nature of transitions between states: threshold effect, saturation effect, hypersteresis). 3) The contribution of palaeoreconstructions and statistical analyses to describe the respective influence of human activity and climate involved on the initiation of lake dysfunction, maintain or rebalancing of hypolimnetic functioning.


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Informations

  • Sous le titre : Réponses des grands lacs périalpins aux pressions anthropiques et climatiques récentes : reconstitutions spatio-temporelles à partir d'archives sédimentaires
  • Détails : 2 vol. (239 p., 250 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.207-218
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