Origine des sources et bilans des transferts de Cu au Golfe du Lion

Origin of sources and budgets of Cu transferred to the Gulf of Lions

• Auteur / Autrice : Yann Machu
• Direction : Wolfgang Ludwig, Dominique Aubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanologie
• Date : Soutenance le 19/12/2024
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Formation et de recherche sur les environnements méditerranéens (Perpignan)
• Jury : Président / Présidente : Maria-Angela Bassetti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jörg Schäfer, Chrystelle Bancon-Montigny
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Desboeufs, Jérôme Viers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets des changements climatiques

Lion, Golfe du (France)

Teneur en cuivre

Effets des dépôts atmosphériques

Méditerranée (mer ; nord-ouest)

Mots clés libres

Cuivre

Dépôts atmosphériques

Golfe du Lion

Viticulture

Fleuves côtiers

Changements globaux

Copper

Coastal rivers

Gulf of Lions

Atmospheric deposition

Vineyards

Global change

Résumé

La Méditerranée Nord-Occidentale, en particulier le Golfe du Lion (GdL), est l’une des régions les plus productives de la Méditerranée également considérée comme un « hot spot » du réchauffement climatique. Cette zone extrêmement réactive est idéale pour observer l’impact des activités anthropiques sur les écosystèmes côtiers dans un contexte de changements globaux. Le GdL est caractérisé par l’occurrence d’évènements extrêmes (épisodes de pluies intenses et d’apports éoliens sahariens), typique du climat méditerranéen, dont les conséquences environnementales peuvent être exacerbées par la forte pression anthropique dans les zones côtières. Cette région reçoit ainsi une quantité importante de particules et de contaminants associés par le biais des fleuves (notamment le Rhône) et des dépôts atmosphériques. La problématique du cuivre est particulièrement prégnante dans cette région où la viticulture est considérablement développée et est responsable des fortes teneurs de cet élément dans les sols. L’apport de grandes quantités de Cu vers le milieu marin est une menace environnementale pour l’ensemble de l’écosystème car il est notamment reconnu que le Cu d’origine anthropique est plus facilement assimilable par les organismes. Ainsi, face aux influences contrastées dans cette région, l’objectif de ce travail est de dresser un bilan global des apports de Cu au GdL sur le long terme afin de mieux appréhender la dynamique de l’ensemble du système (fleuves et atmosphère) et l’impact potentiel sur le domaine marin dans un contexte de réchauffement climatique. Le suivi de ces compartiments est essentiellement organisé autour du SNO MOOSE, un système d’observations destiné à suivre de façon synoptique l’évolution du bassin nord-occidental de la Méditerranée. Les teneurs en métaux ont été analysées mensuellement dans les matières en suspension (MES) des fleuves et dans les dépôts atmosphériques secs et humides sur la période 2006-2022. Globalement, les compartiments minoritaires, c’est-à-dire l’atmosphère et les fleuves côtiers (Rhône exclu) sont plus sensibles aux activités anthropiques présentant des teneurs en Cu supérieures au Rhône. En effet, l’érosion des sols viticoles contrôlent les niveaux de contamination dans les MES des fleuves tandis que la remise en suspension éolienne de particules contaminées, ainsi que les traitements fongiques au sulfate de Cu, agissent comme des sources ponctuelles de Cu particulaire et dissous dans les dépôts atmosphériques secs à l’échelle saisonnière. En tant que plus grand fleuve méditerranéen en termes de débit d'eau douce, le Rhône domine sans équivoque les exports annuels de particules ainsi que de Cu total et naturel. En revanche, la contribution combinée des compartiments minoritaires, plus contaminés, au bilan des apports de Cu anthropique est de l’ordre de 47% soit équivalente à celle du Rhône. A l’échelle saisonnière, pendant plus de la moitié de l'année, les compartiments mineurs dominent le transfert de Cu anthropique dans le GdL. Cela représente une exposition plus continue pour les écosystèmes, alors que le Cu naturel est généralement délivré sous la forme de courtes impulsions liées aux crues et aux dépôts de poussière saharienne. Notre période d’étude s’intègre dans un contexte de sécheresse généralisée à l’ensemble du GdL qui semble s’intensifier. Cela se matérialise par une diminution des débits de l’ordre de 30% impactant notamment le Rhône. L’étude de la dynamique des apports de Cu fluviatile sur la période d’étude indique une tendance à l’augmentation de l’importance des formes labiles de Cu et de la contribution des fleuves côtiers au bilan global. En revanche, les flux atmosphériques de Cu tendent à rester constants au cours du temps. Ainsi, l’importance des compartiments minoritaires devrait considérablement croître dans un contexte de changements globaux signifiant un changement de paradigme majeur dans la dynamique du GdL.

The North-Western Mediterranean, and in particular the Gulf of Lion (GoL), is one of the most productive regions of the Mediterranean, and is also considered a ''hot spot'' for global warming. This highly reactive zone is ideal for observing the impact of anthropogenic activities on coastal ecosystems in a context of global change. The GoL is characterized by the occurrence of extreme events (episodes of intense rainfall and Saharan wind inflow), typical of the Mediterranean climate, whose environmental consequences can be exacerbated by the high anthropogenic pressure in coastal areas. As a result, this region receives large quantities of particles and associated contaminants via rivers (notably the Rhône) and atmospheric deposits. The problem of copper is particularly acute in this region, where viticulture is highly developed and is responsible for high levels of this element in the soils. The input of large quantities of Cu into the marine environment poses an environmental threat to the entire ecosystem, as it is recognized that Cu of anthropogenic origin is more easily assimilated by organisms. Given the contrasting influences in this region, the aim of this work is to draw up a global balance sheet of Cu inputs to the GoL over the long term, in order to gain a better understanding of the dynamics of the system as a whole (rivers and atmosphere) and the potential impact on the marine realm in a context of global warming. The monitoring of these compartments is essentially organized around SNO MOOSE, an observation system designed to synoptically track the evolution of the north-western Mediterranean basin. Metal levels were analyzed monthly in river suspended matter (SPM) and in dry and wet atmospheric deposits over the period 2006-2022. Overall, the minor compartments, i.e. the atmosphere and coastal rivers (excluding the Rhone), are more sensitive to anthropogenic activities, with higher Cu levels than the Rhône. In fact, erosion of vineyard soils controls contamination levels in river SPM, while wind-borne resuspension of contaminated particles, as well as fungal treatments with Cu sulphate, act as point sources of particulate and dissolved Cu in dry atmospheric deposits on a seasonal scale. As the largest Mediterranean river in terms of freshwater discharge, the Rhone unequivocally dominates the annual exports of particulate matter as well as total and natural Cu. On the other hand, the combined contribution of the more contaminated minority compartments to the anthropogenic Cu balance is around 47%, equivalent to that of the Rhone. On a seasonal scale, for more than half the year, the minor compartments dominate the transfer of anthropogenic Cu into the GoL. This represents a more continuous exposure for ecosystems, whereas natural Cu is generally delivered in the form of short pulses linked to flooding and Saharan dust deposits. Our study period took place against a backdrop of widespread drought throughout the GoL region, which appears to be intensifying. This is reflected in a reduction in discharges of the order of 30%, particularly affecting the Rhone. A study of the dynamics of fluvial Cu inputs over the study period indicates a trend towards an increase in the importance of labile forms of Cu and in the contribution of coastal rivers to the overall balance. In contrast, atmospheric Cu fluxes tend to remain constant over time. Thus, the importance of minority compartments is likely to grow considerably in a context of global change, signifying a major paradigm shift in GoL dynamics.