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STRUCTURE
Ce chapitre présente l’étude de la variabilité des concentrations de COD aux exutoires des deux tourbières étudiées. Il fait l’objet d’un article scientifique soumis dans la revue Biogeosciences en Septembre 2019, sous le titre « Drivers of seasonal and event scale COD dynamics at the outlet of mountainous peatlands revealed by high frequency monitoring ».
RESUME
Déterminer les mécanismes qui contrôlent la variabilité de la concentration de COD à l’exutoire des tourbières est un sujet qui a été traité sur de nombreux sites à différentes latitudes (boréales, tempérées, tropicales) et à différentes échelles temporelles (interannuelles, saisonnières ou évènementielles). Le débit, la température et la position de la nappe phréatique sont tour à tour mentionnés comme des paramètres influençant la concentration de COD, cependant aucun ne fait une réelle unanimité. Dans le premier chapitre de cette thèse la forte influence du débit sur les exports de COD à l’exutoire d’une tourbière de montagne est mis en avant, toutefois les mesures à hautes fréquences révèlent également l’absence de relation entre la concentration de COD et le débit. Partant de ce constat, l’objectif de ce chapitre est de déterminer les principaux paramètres abiotiques qui régulent la concentration de COD à l’exutoire des tourbières de montagne. La variabilité du climat montagnard est considérée ici comme un atout puisqu’elle est gage de multiples combinaisons de paramètre abiotiques.
L’originalité de cette étude réside dans le suivi pluriannuel à haute fréquence (30 min) de la concentration de COD à l’exutoire de deux sites pyrénéens : la tourbière minérotrophe de Bernadouze et la tourbière ombrotrophe du col d’Ech. La méthode d’analyse consiste à séquencer les périodes courtes et intenses de pics de concentrations observés sur les séries temporelles de COD. Chaque pic est caractérisé par deux variables cibles : son niveau initial et son amplitude respectivement utilisés comme proxis de la variabilité saisonnière et évènementielle de la concentration de COD. En parallèle des mesures biogéochimiques, les deux sites d’études font l’objet de suivis météorologiques, hydrologiques et piézométriques à haute fréquence permettant la définition de 9 variables abiotiques explicatives déterminées pour chaque pic de COD séquencé. Les relations entre les variables cibles et explicatives sont alors définies sur les deux tourbières par application de la méthode des moindre carrés et la formation de modèles linéaires multiples significatifs par élimination.
Deux résultats principaux et communs aux deux sites sont extraits de ce travail statistique. Le premier souligne l’influence linéaire positive de la température sur l’évolution de la concentration de base de COD à l’échelle saisonnière. Le second met en avant les relations linéaires positives des remontées de nappe phréatique avec les amplitudes de concentration de COD observées durant les pics. On note toutefois que la qualité des modèles établis pour la tourbière minérotrophe de Bernadouze est supérieure à celle des modèles édités pour la tourbière ombrotrophe du col d’Ech. Un autre apport méthodologique de cette étude réside dans l’analyse des relevés à haute fréquence de hauteur d’eau sur chaque site de mesure pour y déterminer une courbe principale de récession exponentielle et un temps de récession. Les temps de récession sont alors utilisés pour caractériser les propriétés hydrauliques des zones considérées. Ils s’avèrent être très hétérogènes entre les deux sites d’études mais aussi au sein d’une même tourbière. En associant
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propriétés hydrauliques et concentrations de COD, on observe que les temps de récession sont liés à la variation de qualité des modèles saisonniers et évènementiels de concentration de COD préalablement établis. Ces temps de récession semblent également liés aux variations de concentrations observées dans l’eau interstitielle des tourbières.
Dans ce chapitre la discussion traite dans un premier temps de la pertinence des paramètres contrôlant les variations de concentration de COD d’après les modèles statistiques. La dynamique de la nappe phréatique apparait comme un élément novateur dans le suivi biogéochimique des tourbières, notamment à l’échelle évènementielle. Auparavant les relevés piézométriques ne renseignaient que sur des valeurs uniques et éparses dans le temps, illustrant au mieux les variations saisonnières du niveau de nappe phréatique. En utilisant la haute fréquence, il est possible dorénavant d’appréhender quantitativement les phases de remise en eau dans les tourbières, les volumes et horizons de tourbe concernés et par conséquent les stocks de COD transférables vers l’exutoire à l’échelle évènementielle (~30 heures). Concernant la variabilité saisonnière, cette étude confirme l’importance du contrôle direct exercé par la température sur la production de COD et par conséquent sur la variabilité des concentrations en COD à l’exutoire. Cette étude révèle également l’influence indirecte de la température sur les mécanismes de transfert de COD entre la tourbière et le ruisseau, en contrôlant notamment l’hydrologie durant les périodes froides.
Dans une seconde partie, les relations entre concentration de COD et temps de récession sont discutées. En faisant appel aux propriétés de porosité de la tourbe, des mécanismes hydrologiques potentiels sont déterminés afin d’expliquer les variations de qualité de modèles entre les deux tourbières, mais également les disparités intra-sites de concentration de COD dans les eaux interstielles. Ainsi, d’après l’évaluation des temps de récession, les tourbières doivent être considérées comme une mosaïque d’unités hydrologiques contribuant différemment dans le temps, aux transferts biogéochimiques vers l’exutoire. Les temps de récession apparaissent alors comme un paramètre quantitatif permettant de dépasser la classification hydrologique usuelle et binaire des tourbières : ombrotrophe vs minérotrophe.