Impact des hypoxies sur le devenir des polluants des sédiments dans les lagunes Méditerranéennes

Début de thèse de Julie Régis : Octobre 2019 Encadrants : Isabelle Techer et Sylvain Rigaud (EA7352 CHROME- Université de Nîmes)

Contexte

Séparées partiellement de la mer méditerranée par un cordon continental, les lagunes méditerranéennes constituent des zones aux enjeux socio-économiques et écologiques majeurs à l’échelle régionale. La forte anthropisation de leurs bassins versant génère d’important apports en polluants chimiques de nature très diverses (métaux, métalloïdes, nutriments en excès, molécules organiques, pharmaceutiques, microplastiques, …) qui vont être majoritairement stockés dans les sédiments (Qian et al. 2015). En plus de dégrader la qualité des eaux, la remobilisation de ces polluants vers la colonne d’eau engendre des risques écotoxicologiques et sanitaires via la bioaccumulation de certains polluants dans les réseaux trophiques et des espèces comestibles.

Les études menées ces dernières années ont montré que la concentration en oxygène dans la colonne d’eau constituait le principal facteur de contrôle de l’ensemble des réactions biogéochimiques dans les sédiments de surface (Middelburg et Levin 2009) et contrôlait les transferts à l’interface eau-sédiment des métaux et métalloïdes (Rigaud et al. 2013; Emili et al. 2016; Pakhomova et al. 2018). Or, ces dernières décennies, les écosystèmes aquatiques côtiers mondiaux se sont vus impactés par des phénomènes de désoxygénation dans la colonne d’eau ou crise hypoxique (ex: malaïgue) de plus en plus intenses et fréquents et dont l’une des caractéristiques est la forte dynamique temporelle (Diaz et Rosenberg 2008; Friedrich et al. 2014). La façade méditerranéenne française n’est pas épargnée avec la présence de trois lagunes (étangs de Berre, de Prévost et de Thau) recensées parmi les 479 zones côtières eutrophisées et impactées par des épisodes d’hypoxie au monde (voir la carte WRI) et présentant une forte accumulation de contaminants dans les sédiments (Grouhel et al. 2018).

Projet

Ce projet de thèse vise à caractériser l’impact des variations temporelles des concentrations en oxygène dans la colonne d’eau sur les processus biogéochimiques des sédiments contrôlant le devenir des polluants dans les sédiments et leurs transferts à l’interface eau-sédiment pour les étangs de Thau, Berre et Prévost.

•  Objectif 1: mesurer en continu les conditions physicochimiques (O2, Température, pH, Eh, salinité, hauteur d’eau) au moyen de sondes autonomes déployées dans le bas de la colonne d’eau. Couplé avec les données météorologiques, cela permettra de mieux comprendre les facteurs contrôlant les variations des concentrations en oxygène dans la colonne d’eau sur chacun des sites (voir par ailleurs le programme PREDHYPO). Par exemple, dans l’étang de Berre, on peut voir la très forte dynamique temporelle de l’oxygène marquée par l’importante occurrence des phénomènes d’hypoxie à partir du printemps et le rôle majeur que joue le vent sur la ré-oxygénation du milieu (cf figure ci-dessous).

• Objectif 2: Mesurer des profils verticaux de concentrations dissoutes et particulaires des espèces chimiques majeures et des polluants le long d’un continuum colonne d’eau-sédiment à partir de dispositifs de prélèvements adaptés aux espèces chimiques étudiées (bouteilles de prélèvement, préleveurs d’interface, carottes de sédiments) afin d’identifier la modification des principales réactions biogéochimiques dans les sédiments de surface.
• Objectif 3 : Quantifier des flux de polluants à l’interface eau-sédiment au moyen d’outils novateurs de mesures des flux autonomes à haute résolution temporelle tels que des chambres benthiques autonomes (partenariat IFREMER-MARBEC/Sète, prototype en cours de validation), un mini profileur de microélectrodes (partenariat EPOC/Bordeaux, Rigaud et al. 2018) et des outils basés sur le couplage gradient chimique/diffusion turbulente dans la couche benthique (partenariat CEREGE).
• Objectif 4: Calibration d’un modèle diagénétique prédictif pour chaque site capable de reproduire les transferts de certains polluants à l’interface eau-sédiment à partir des variations d’oxygène. Cette action sera réalisée en collaboration avec un laboratoire canadien (Université de Laval) spécialisé dans la modélisation des processus diagénétiques.

Les objectifs 2 et 3 seront menés dans le cadre de campagnes de terrain multi-outils sur chaque site aux périodes où les anoxies sont les plus susceptibles de se produire. Les chroniques d’oxygène acquises en continue permettront de connaître l’historique de la désoxygénation avant et pendant les campagnes de terrain. Des premières actions concrètes sont prévues en 2020 sur l’étang du Prévost (projet PONUTELA) et sur l’étang de Thau (projet ANOXIMO).

En parallèle, des premiers travaux ont été initiés sur la cinétique de dégradation des additifs de microplastiques dans les sédiments de Berre au cours du projet MICROPLASTIS. La vidéo ci-dessous illustre ces travaux: