Chapitre I.Introduction générale, contexte et objectifs de la thèse
I.4 Conclusion et objectifs de la thèse
Les modèles globaux du cycle du carbone indiquent une contribution des rivières de 0,9 GtC/an à l’océan. Cette faible contribution est contrebalancée par le fait que les rivières produisent presque autant de gaz à effet de serre que les océans en absorbent chaque année, en tenant compte de toutes les transformations que subit le carbone le long de son parcours dans la rivière. Ce CO2 est en partie produit au sein de la rivière par la décomposition de la matière
organique. Il est donc important de caractériser les sources de carbone présent dans la rivière, leur composition et leur réactivité.
Après analyse de la majeure partie de la littérature existante, il apparait que l’identification des différentes phases de carbone et de leur transfert dans les rivières en zone tempérée ait été peu étudiée en Europe et notamment en France. Le premier objectif de la thèse est de documenter les formes de carbone (CID, COD, et COP) dans la Loire et ses affluents ainsi que leur composition respective. En lien avec cet objectif, nous chercherons à déterminer les sources de carbone en milieu naturel grâce aux isotopes du carbone (13C et
14
C). Le Carbone Inorganique Particulaire a été négligé car selon les données des campagnes LORA (2004-2005), le CIP représente environ 3% de la quantité totale de carbone dans la Loire. De plus, d’après Grosbois et al. 2010, la quantité de calcite mesurée dans la Loire a diminué depuis 2006 et les agrégats sont plus petits. A l’entrée de l’estuaire, la calcite a disparu ce qui signifie que la production de la calcite a diminué et que la dissolution ou la sédimentation a augmenté au cours de son transport dans la rivière.
Le second objectif de la thèse vise à déterminer les transferts de carbone entre ces différents compartiments en utilisant le carbone 14. Cet axe possède deux aspects : un volet visant à quantifier ces échanges pour évaluer la quantité de carbone qui transite par les rivières avant d’arriver à l’estuaire puis à l’océan. Le second volet est spécifique à l’activité anthropique sur le bassin versant. Il fait suite à une interrogation sur la forme de carbone portant le carbone 14 au sein des rejets liquides des cinq Centres Nucléaires de Production d’Electricité (CNPE). En effet, à l’origine, les effluents provenant des CNPE étaient censés
Chapitre I – Introduction générale, contexte et objectifs de la thèse
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n’apporter du radiocarbone que sous forme de Carbone Inorganique Dissous. Cette hypothèse permet ensuite de calculer l’activité théorique en carbone 14 dans les poissons à l’aval des CNPE en considérant que l’activité spécifique du carbone 14 est conservée d’un compartiment à un autre. Or cette méthode de calcul sous-estime l’activité mesurée dans les poissons. Il est apparu en 2014 (Pastor & Siclet 2014) que prendre en compte une composante organique dans les rejets permettraient d’expliquer cet écart entre activité calculée et mesurée. Afin de vérifier cette hypothèse, nous allons étudier les transferts du carbone 14 entre les différentes phases de carbone dans la rivière. Les données de carbone 14 acquises permettront d’améliorer les modèles de prédiction de la dynamique du carbone 14 anthropique émis par les effluents des CNPE.
Afin d’atteindre les objectifs définis, nous avons privilégié une approche terrain sur le bassin versant de la Loire au cours de quatre campagnes de prélèvement SCILOCA (Study of Carbon Isotopes in the LOire CAtchment) en avril, juillet, octobre 2013 et mars 2014. Une des raisons pour lesquelles ce bassin a été choisi, est la variabilité du substrat géologique. De plus, ce bassin a la caractéristique d’être naturel en amont de la Loire et de ses quatre principaux affluents (l’Allier, le Cher, la Vienne et la Maine composé de la Mayenne, de la Sarthe et du Loir). La deuxième raison pour laquelle nous avons étudié le bassin de la Loire est qu’il comporte cinq CNPE (4 sur la Loire et 1 sur la Vienne) qui rejettent régulièrement leurs effluents liquides dans le milieu récepteur. Ces rejets comprennent du carbone 14 anthropique qui va être utilisé comme traceur de transferts de carbone entre les différents compartiments étudiés (CID, COD, COP) et notamment le COD. La thèse a pour originalité l’étude de la composition isotopique (13
C et 14C) dans le COD par l’extraction du CO2 par
oxydation Ultra-Violet.
La suite du manuscrit s’articule en quatre chapitres. Dans le chapitre 2, le lieu d’étude et les méthodes utilisées seront détaillées. Dans le chapitre 3, nous déterminerons l’évolution spatiale des sources et de la composition des différents compartiments de carbone (CID, COD et COP) en milieu naturel afin d’établir l’état initial (hors rejet de CNPE). Ce chapitre fait l’objet d’un article scientifique Coularis et al. 2015 accepté dans la revue Radiocarbon. Il est à noter que ce projet de thèse n’a aucune ambition de démontrer la temporalité de la variation des sources et des flux de carbone dans le bassin versant de la Loire. Cependant, notre échantillonnage pluriannuel, qui a essayé de tenir compte des conditions spécifiques des saisons, nous permet de dégager des tendances de variations selon les conditions climatiques et hydrologiques. Notre approche s’apparente à d’autres projets qui ont aussi privilégié une approche spatiale tout en utilisant un échantillonnage saisonnier (Mayorga et al. 2005). Dans le chapitre 4, les transferts de carbone entre les différents compartiments mis en évidence par l’utilisation du carbone 14 anthropique sont développés en étudiant la variabilité spatiale et temporelle. Enfin les conclusions générales et les perspectives découlant de cette étude sont présentées dans le chapitre 5.