Détermination des conditions limites des variables biogéochimiques

Les conditions limites amont des variables biogéochimiques ont été déterminées à partir des mesures in-situ réalisées par le laboratoire EPOC entre octobre 1996 et septembre 1997 à La Réole sur la Garonne et à St Foy sur la Dordogne (Veyssy, 1998a).

Les conditions limites du COPDO, CODDO, COPSTEP et CODSTEP sont nulles, car ces variables sont insérées comme des apports dans des mailles choisies en fonction de leurs points de rejets.

 Le COP provenant des litières :

Ne disposant pas de données de concentration du COP_litière en amont de la Dordogne et de la Garonne, la concentration du COP_litière a été déterminée à partir de flux mensuels pour le COP_litière dans la Garonne et d’un flux annuel dans la Dordogne. Ces flux de COP_litière ont été calculés à partir de mesures de COP total et des pigments chlorophylliens disponibles en 1995-1996 (Veyssy, 1998a). Dans un premier temps, la concentration en amont correspondant à la période de mesure est calculée:

[𝐶𝑂𝑃]_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐺𝑎𝑟}95−96 = ^𝐹𝑚𝑒𝑛𝑠.10⁹

𝑀_𝐶.𝑛𝑗𝑜𝑢𝑟𝑚.𝑄_𝑚𝑜𝑦^{𝐺𝑎𝑟𝑜𝑛𝑛𝑒}.86400 (une valeur par mois)

[𝐶𝑂𝑃]_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐷𝑜𝑟}⁹⁵⁻⁹⁶ = ^𝐹𝑎𝑛𝑛𝑢𝑒𝑙.10⁹

𝑀_𝐶.𝑛𝑗𝑜𝑢𝑟𝑎.𝑄_𝑚𝑜𝑦^{𝐷𝑜𝑟𝑑𝑜𝑔𝑛𝑒}.86400 (une valeur annuelle)

avec, [𝑪𝑶𝑷]_{𝒍𝒊𝒕𝒊è𝒓𝒆_𝑮𝒂𝒓}𝟗𝟓−𝟗𝟔 et [𝑪𝑶𝑷]_{𝒍𝒊𝒕𝒊è𝒓𝒆_𝑫𝒐𝒓}𝟗𝟓−𝟗𝟔 la concentration du COP litière provenant de la Garonne et la Dordogne pour la période de mesure en µmol.L^-1,

69 𝑭_{𝒎𝒆𝒏𝒔} le flux de litière mensuel de la Garonne en t.mois^-1 et 𝒏𝒋𝒐𝒖𝒓𝒎 le nombre de

jours en un mois,

𝑭_{𝒂𝒏𝒏𝒖𝒆𝒍} le flux de litière annuel de la Dordogne en t. an^-1 et 𝒏𝒋𝒐𝒖𝒓𝒂 le nombre de jours en un an,

𝑸_𝒎𝒐𝒚𝑮𝒂𝒓𝒐𝒏𝒏𝒆et 𝑸_𝒎𝒐𝒚^{𝑫𝒐𝒓𝒅𝒐𝒈𝒏𝒆} le débit moyen mensuel de la Garonne et la Dordogne sur 20 ans entre 1975 et 1996 en m³.s^-1,

𝑴_𝑪 la masse molaire du carbone en g.mol^-1.

Le rapport entre la concentration et le débit moyen mensuel est :

𝑋_{𝑙𝑖𝑡𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐺𝑎𝑟} = [𝐶𝑂𝑃]_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐺𝑎𝑟}⁹⁵⁻⁹⁶ /𝑄_𝑚𝑜𝑦𝐺𝑎𝑟𝑜𝑛𝑛𝑒 en µmol.s.L^-1.m^-3 (Tableau II.1) 𝑋_{𝑙𝑖𝑡𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐷𝑜𝑟} = [𝐶𝑂𝑃]_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐷𝑜𝑟}95−96 /𝑄_𝑚𝑜𝑦^{𝐷𝑜𝑟𝑑𝑜𝑔𝑛𝑒} en µmol.s.L^-1.m^-3 (Tableau II.2)

Tableau II.1 : Le rapport Xlitière_Gar pour la Garonne

𝑭_{𝒎𝒆𝒏𝒔} (t.mois^-1) 𝑸_𝒎𝒐𝒚𝑮𝒂𝒓𝒐𝒏𝒏𝒆 (m³.s^-1) [𝑪𝑶𝑷]_{𝒍𝒊𝒕𝒊è𝒓𝒆}𝟗𝟓−𝟗𝟔 (µmol.L^-1) 𝑿_{𝒍𝒊𝒕𝒊è𝒓𝒆_𝑮𝒂𝒓} (µmol.s.L^-1.m^-3) Janvier 4000 970 128 0,1324 Février 6250 1085 198 0,1829 Mars 5500 877 195 0,2223 Avril 3250 877 119 0,1358 Mai 3000 808 116 0,1430 Juin 3250 554 189 0,3403 Juillet 250 300 26 0,0864 Août 0 185 0 0 Septembre 0 231 0 0 Octobre 1500 392 119 0,3030 Novembre 3000 531 182 0,3421 Décembre 2000 877 71 0,0808

70

Tableau II.2 : Le rapport Xlitière_Dor pour la Dordogne

𝑭_{𝒂𝒏𝒏𝒖𝒆𝒍} (t.an^-1) 𝑸_𝒎𝒐𝒚^{𝑫𝒐𝒓𝒅𝒐𝒈𝒏𝒆} (m³.s^-1) [𝑪𝑶𝑷]_{𝒍𝒊𝒕𝒕𝒆𝒓_𝑫𝒐𝒓}^{𝟗𝟕−𝟗𝟖} (µmol.L^-1) 𝑿_{𝒍𝒊𝒕𝒊è𝒓𝒆_𝑫𝒐𝒓} (µmol.s.L^-1.m^-3) annuel 2600 298 23 0,0776

En été, les apports de litières sont nuls (Etcheber et al., 2007 ; Veyssy, 1998). En effet les apports de matière organique particulaire sont principalement constitués de matériel phytoplanctonique (Lemaire, 2002). Conformément aux observations, un apport de litières nul est considéré de juin à septembre dans le modèle : 𝑋_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐺𝑎𝑟}𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙 et 𝑋_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐷𝑜𝑟}𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙 (Tableau II.3).

Tableau II.3 : Les rapports 𝑋_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐺𝑎𝑟}^{𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙} et 𝑋_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐷𝑜𝑟}^{𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙} insérés dans le modèle pour évaluer les

concentrations en COPlitière à la limite amont en Garonne et Dordogne en fonction du débit journalier de la période simulée.

𝑿_{𝒍𝒊𝒕𝒊è𝒓𝒆_𝑮𝒂𝒓}𝒎𝒐𝒅𝒆𝒍 𝑿_{𝒍𝒊𝒕𝒊è𝒓𝒆_𝑫𝒐𝒓}𝒎𝒐𝒅𝒆𝒍 Janvier 0,1324 0,0776 Février 0,1829 0,0776 Mars 0,2223 0,0776 Avril 0,1358 0,0776 Mai 0,1430 0,0776 Juin 0 0 Juillet 0 0 Août 0 0 Septembre 0 0 Octobre 0,3030 0,0776 Novembre 0,3421 0,0776 Décembre 0,0808 0,0776

71 Le modèle calcule ensuite la concentration du COPlitière à la limite amont de chaque rivière en

le multipliant par le débit fluvial journalier de l’année de simulation correspondante: [𝐶𝑂𝑃]_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐺𝑎𝑟}𝑎𝑚𝑜𝑛𝑡 = 𝑋_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐺𝑎𝑟}𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙 . 𝑄_{𝐺𝑎𝑟𝑜𝑛𝑛𝑒} en µmol.L^-1, avec 𝑸_{𝑮𝒂𝒓𝒐𝒏𝒏𝒆} le débit journalier de la Garonne en m³.s^-1.

[𝐶𝑂𝑃]_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐷𝑜𝑟}𝑎𝑚𝑜𝑛𝑡 = 𝑋_{𝑙𝑖𝑡𝑖è𝑟𝑒_𝐷𝑜𝑟}𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙 . 𝑄_{𝐷𝑜𝑟𝑑𝑜𝑔𝑛𝑒} en µmol.L^-1, avec 𝑸_{𝑫𝒐𝒓𝒅𝒐𝒈𝒏𝒆} le débit journalier de la Dordogne en m³.s^-1.

 Le COP provenant du phytoplancton :

Sur la Garonne, les mesures in-situ montrent une hausse du COP_phyto entre les mois de février et de mai, s’élevant à presque 100 µmol.L-1

. Sur la Dordogne, le bloom de phytoplancton printanier s’étend de février à juin et les concentrations atteignent presque les 50 µmol.L-1

. Nous avons donc choisi d’insérer en amont des rivières une concentration nulle tout au long de l’année avec un pic au mois de mars et avril de 100 µmol.L-1

pour la Garonne et 50 µmol.L^-1 pour la Dordogne (Figure II.6).

Figure II.6 : Moyenne mensuelle du COPphyto en amont de la Garonne (gauche) et la Dordogne (droite). Les observations sont en rouge (Veyssy, 1998a) et les valeurs insérées dans le modèle sont en vert.

 Le COP provenant des détritus d’origine algale :

Les mesures in-situ sur la Garonne montrent un pic du COPdétritus au mois d’avril correspondant au phytoplancton produit lors du bloom printanier. Cependant, sur la Dordogne le maximum de COPdétritus se produit en juin et en décembre. Disposant de mesures que sur l’année 1996-1997, nous supposons que le maximum de COPdétritus se produit lors du bloom printanier. Nous avons donc choisi d’insérer en amont des rivières une concentration

72

nulle tout au long de l’année avec un pic au mois de mars et avril de 13 µmol.L-1

(Figure II.7).

Figure II.7 : Moyenne mensuelle du COPdétritus mesurée en amont de la Garonne (rouge) et de la Dordogne (bleu) et les valeurs insérées dans le modèle sur les deux fleuves sont en vert. Les données sont issues de Veyssy (1998).

 Le COD provenant des rivières :

Sur la Garonne et la Dordogne les mesures in-situ de COD_fluvial à l’amont des rivières ne montrent pas de variations saisonnières importantes, nous avons donc pris comme hypothèse une concentration constante de 200 µmol.L^-1 dans les deux fleuves (Figure II.8).

Figure II.8 : Moyenne mensuelle du CODfluvial en amont de la Garonne (gauche) et la Dordogne (droite). Les observations sont en rouge (Veyssy, 1998a) et les valeurs insérées dans le modèle sont en vert.

 L’ammonium :

Les mesures présentent un trou de données pour le mois d’août. On distingue un pic d’ammonium entre le mois d’avril et de mai (une variation de 3 à 6 µmol.L-1

73 augmentation de concentration correspond aux nutriments produits lors de la photosynthèse.

Cependant, sur la Dordogne le pic est plus léger. Nous avons donc inséré une concentration constante de 3 µmol.L^-1 sur les deux rivières avec sur la Garonne un pic de 6 µmol.L^-1 au mois de mai (Figure II.9).

Figure II.9 : Moyenne mensuelle du NH₄⁺ en amont de la Garonne (gauche) et la Dordogne (droite). Les observations sont en rouge (Veyssy, 1998a) et les valeurs insérées dans le modèle sont en vert.

 Les nitrates :

Les concentrations en nitrate en amont des rivières ne varient pas beaucoup saisonnièrement. Dans le modèle, nous avons donc inséré une concentration constante de 120 µmol.L^-1 sur la Garonne et de 100 µmol.L^-1 sur la Dordogne (Figure II.10).

Figure II.10 : Moyenne mensuelle du NO3^- en amont de la Garonne (gauche) et la Dordogne (droite). Les observations sont en rouge (Veyssy, 1998a) et les valeurs insérées dans le modèle sont en vert.

74

 L’oxygène dissous :

Pour ce qui concerne l’oxygène dissous, nous ne disposons que de données ponctuelles sur l’amont de la Garonne et la Dordogne. Nous avons déterminé la concentration en amont à partir des mesures réalisées par le réseau MAGEST. Les données sur Portets et Libourne montrent tout au long de l’année des concentrations aux alentours de 90 %sat, avec une chute en été lorsque le BV se déplace vers l’amont. Sachant que le BV n’atteint pas les limites amont du modèle nous fixons une concentration limite amont de 90 %sat sur la Garonne et la Dordogne. Cette valeur est cohérente avec celles mesurées en juin et septembre 1997 (Abril et al., 1999).