Identification et modélisation des processus à l'origine des transferts de phosphore dissous dans un bassin versant agricole

par Rémi Dupas

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement

Sous la direction de Chantal Gascuel.

Soutenue le 16-11-2015

à Rennes, Agrocampus Ouest , dans le cadre de SCIENCES DE LA MATIERE , en partenariat avec UMR : Sol Agro et hydrosystème Spatialisation (laboratoire) .


  • Résumé

    Le phosphore (P) est un facteur de contrôle de l’eutrophisation. Sa présence dans les masses d’eau est liée en partie à des émissions diffuses agricoles. L'objectif de cette thèse a été d'identifier et de quantifier les mécanismes à l'origine des transferts de P diffus, par une démarche intégrant analyse de données d'observations multi-échelle et modélisation.L'analyse d'une chronique de chimie de l'eau à l'exutoire d'un petit bassin versant agricole a révélé que les formes particulaires et dissoutes du P avaient des origines différentes dans le paysage, et étaient transférées de manière indépendante. Le P particulaire provient des sédiments du cours d'eau, de l'érosion des berges et occasionnellement d'épisodes érosifs dans les versants. Le P dissous provient des sols de la zone riparienne; il est transféré par écoulement de subsurface lorsque les fluctuations de nappe créent une connexion hydrologique avec la rivière.Un suivi multi-site de la concentration en P dans l'eau des sols ripariens a permis de mettre en évidence que la nappe agissait non seulement sur le transfert, mais aussi sur la solubilisation du P. Deux moments importants ont été identifiés : la période de sécheresse estivale est favorable à la constitution d'un pool de P mobile dans les sols, exporté à l'automne; lorsque la nappe stagne dans les sols, la dissolution réductrice des oxydes de Fer provoque un second relargage de P. Un modèle couplé hydrologie-biogéochimie a permis de préciser le rôle de la nappe, de la teneur en P des sols et des variations d'humidité et de température. Une analyse de l'

  • Titre traduit

    Identification and modelling of processes controlling dissolved phosphorus transfer in an agricultural catchment


  • Résumé

    Phosphorus (P) is a controlling factor of eutrophication. Its presence in water bodies is partly due to agricultural diffuse emissions. The objective of this thesis was to identify and quantify the processes controlling diffuse P transfer, with an approach combining analysis of multi-scale observation data and modelling.Analysis of a water chemistry time series acquired at the outlet of a small agricultural catchment revealed that particulate and dissolved P forms had different spatial origin within the landscape, and were transferred through distinct mechanisms. Particulate P originates from stream bed sediments, bank erosion and occasionally from erosion on hillslopes. Dissolved P originates from riparian soils; it is transferred via subsurface flow when the water table fluctuations create a hydrological connection with the stream.Multi-site monitoring of P concentration in the soil pore water of the riparian zone evidenced that groundwater fluctuations controlled not only P transfer, but also its solubilisation. Two critical moments were identified: the summer dry period is favourable for the build-up of a pool of mobile P forms in soils, which is transferred in the autumn; when groundwater stagnates in soil in anoxic conditions, reductive dissolution of iron oxides causes a second P release. A coupled hydrological-biogeochemical model confirmed the hypotheses regarding the role of groundwater fluctuation, the soil P content and variability in soil temperature and moisture. An assessment of the information content in the data and the propagation of uncertainty enab


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