Etude des flux d'azote i I'interface eau-s6dimentd'un bassin de rEtention IM6ry-sur-0isef

Revue frangaise des ScIEilGES ltE I'EAU,3 tt9841 36t-974

Etude des flux d'azote i I'interface eau-s6diment d'un bassin de rEtention IM6ry-sur-0isef

S t u d y o f n i t r o g e n w a t e r - s e d i m e n t e x c h a n g e i n a s t o r a g e r e s e r v o i r ( M 6 r y - s u r - 0 i s e )

S . D E S S E R Y * e t C . C A V E L I E R * *

R 6 s u m 6

D i f f 6 r e n t e s m 6 t h o d e s o n t 6 t 6 e m p l o y 6 e s p o u r 6 t u d i e r L e s f l u x d ' a z o t e d L ' i n t e r f a c e e a u - s 6 d i m e n t d ' u n b a s s i n d e 1 6 t e n t i o n : m e s u n e d e f [ u x i L ' a i d e d ' u n e c L o c h e i s 6 d i m e n t , p r o f . i L s d e c o n c e n t n a t i o n s d a n s t e s s 6 d i m e n t s , m o d d L e d i a g 6 n 6 t i q u e b a s 6 s u r t e s p r i n c i p e s d e L e n m a n (9 7 9 ) , B e n n e r ( 1 9 8 0 ) e t B i t L e n ( 9 8 2 ) .

D e s f [ u x d e c o n s o m m a t i o n d e s n i t r a t e s e t d ' o x y g d n e e t d e r e L a r - g a g e d ' a m m o n i u m o n t 6 t 6 m e s u 1 6 s . L ' ' i n t e n s i t 6 d e c e s f t u x v a r i e s e t o n [ a s a i s o n e t a u g m e n t e a u c o u r s d e s a n s . L e s v a n i a t . i o n s s a i s o n n i d r e s s o n t p n o v o q u 6 e s p a r t a t e m p 6 r a t u r e e t t a n a t u r e d e I a m a t i d r e o n g a n i q u e s 6 d i m e n t a n t , p t u s o u m o i n s b . i o d 6 g r a d a - b t e ( p h y t o p L a n c t o n o u d 6 t r i t u s ) s e L o n L a p 6 r - i o d e d e [ ' a n n 6 e . L r a u g m e n t a t i o n A L o n g t e r m e d e f t u x d ' a m m o n i u m e s t d u e d L a d 6 g r a d a t i o n d e t a m a t i d n e o r g a n i q u e e n f o u i e d a n s L e s s 6 d i m e n t s p t " o f o n d s .

U n m o d d t e d i a g 6 n 6 t i q u e , d o n t u n g n a n d n o m b r e d e p a r a m d t r e s a 6 t e d 6 t e r m i n 6 e x p 6 r i m e n t a L e m e n t , p e n m e t d e c a I c u l e r L e s f L u x d r a z o t e i I r i n t e r f a c e e a u - s 6 d i m e n t . L ' o r i g i n a t i t e d e c e m o d d t e c o n s i s t e e n u n e s i m u [ a t i o n d e L ' a u g m e n t a t i o n d e s f t u x i L o n g t e r m e : t e s y s t d m e n r e s t p a s c o n s i d 6 r - 6 e n 6 q u i I i b r e d , u n e a n n 6 e s u r ' I t a u t r e .

Mots c[6s = inten(aez eot-,sdd.inznt., (tLrx d]azotQ,, c.I-oc[p d.

,s'e&inznt, ew" intuLstrtie,ILz, modd.ni,saLLon du -eehanaL .

E c o I e N a t i o n a l e S u p 6 r i e u r e , L a b o r a t o i r e d e G 6 o 1 o g i e , 4 6 r u e d , u I m , 7 5 2 3 A P a r i s c e d e x 0 5 ( F r a n c e J .

C o m p a g n i e G 6 n 6 r a l e d e s E a u x , 5 2 r u e d ' A n j o u , 7 \ 4 8 4 P a r i s c e d e x 0 4 ( F r a n c e ) .

3 6 2 Sciences de L'Eau 3, no4

Summa ry

D i f f e r e n t m e t h o d s h a v e b e e n u s e d t o s t u d y t h e n i t r o g e n u a t e r - s e d i m e n t e x c h a n g e s in a s t o r a g e n e s e r v o i r : m e a s u r e m e n t s o f f t u x e s r " r ' i t h a s e d i n e n t b e t t , c o n c e n t r a t ' i o n s $ r i t h d e p t h i n t h e s e d i m e n t s , d i a g e n e s i s m o d e i l . i n g w ' i t h L e r m a n t s ( 9 7 9 > t B e n n e r ' s

( 1 9 8 0 ) a n d B i [ [ e n ' s ( 9 8 2 > p r i n c i p l e s .

F L u x e s o f c o n s u m p t i o n f o r n i t n a t e s a n d o x y g e n a n d o f p r o d u c t i o n f o r a m m o n j ' u m h a v e b e e n m e a s u r e d . F l u x e s i n t e n s i t i e s v a r y w i t h t h e s e a s o n a n d i n c r e a s e w i t h t i m e . T e m p e r a t u r e a n d t y p e o f s e t t L i n g o r g a n i c m a t t e r ( o h y t o p I a n c t o n o n d e t r i t u s ) t l h i c h i s m o r e o r t e s s b i o d e g r a d a b L e w i t h t h e s e a s o n / i n d u c e s e a s o n a t v a r i a t i o n s . T h e d e g r a d a t i o n o f o r g a n i c m a t t e r i n d e e p s e d i m e n t s i s r e s o o n s i b L e o f t h e a m m o n i u m f t u x i n c r e a s e w i t h t i m e .

A d i a g e n e t ' i c m o d e L w i t h e x p e l i m e n t a t d e t e r m i n a t i o n o f p a r a r n e - t e r s , a [ [ o w s t h e c a I c u L a t i o n o f n ' i t r o g e n u a t e r - s e d i m e n t e x c h a n g e s . T h e o r i g i n a L i t y o f t h i s m o d e L i s a s i n u [ a t i o n o f f L u x e s i n c r e a s e w i t h t i m e : t h e s v s t e m is n o t c o n s i d e r e d a t s t e a d y s t a t e .

key words I u)atuL-tedirnent inl.zn{ace, ni-t)L(rgzn {.Lu, .ted,Lmznt beII interut i.LLaL watQlL, nodzlLinq.

I nrnooucrr on

L e r 6 s e r v o i r d e M 6 r y - s u r - O i s e ( 5 0 kn au N.E. de Paris) e s t u n b a s - s i n a r t i f i c i e l , a l i m e n t 6 p a r I ' O i s e e t d o n t l r e a u s e r t d I a p r o d u c t i o n

d'eau potabfe. Son vol-ume est de 4OO 000 ,o3 avec une profondeur moyen-

ne de 9 m- Le temps de sSjour moyen des eanrx est de quatre jours. L'eau p r o v e n a n t d e I ' O i s e e s t i n j e c t 6 e d g r a n d e v i t e s s e ( 3 n,/s), c e q u i e m p € - c h e f i n s t a l l a t i o n d ' u n e s t r a t i f i c a t i o n d u r a b l e d a n s I a c o l o n n e d ' e a u

( D E S S E R Y e t a L . , 1 9 8 3 ; B T L L E N e t a L . , r 9 8 4 a e r b ) .

La r6tention de 1'Oise entraine r:ne s6dimentation importante des

m a t i E r e s e n s u s p e n s i o n . 1 1 c o n v e n a i t d o n c d r 6 t u d i e r I ' i n f l u e n c e d e c e s s 6 d i m e n t s a c c u n : u l 6 s s u r 1 a q u a l i t 6 d e I ' e a u s u r n a g e a n t e , e n p a r t i c u l i e r ,

sur Ies concentrations en azote dont nous avons tent6 drdtablir le bi-

I a n i t r a v e r s I ' i n t e r f a c e e a u - s 6 d i m e n t . P o u r c e l a , n o u s a v o n s e m p l o y 6

trois m6thodes diff6rentes :

- l-a mesure directe d e s f l u x i I ' i n t e r f a c e e a u - s 6 d i m e n t i - l'6tude d e s p r o f i l s d e c o n c e n t r a t i o n s d a n s I ' e a u i n t e r s t i t i e l l e e t l a p h a s e s o l i d e d u s 6 d i m e n t ;

- le mod6le diag6n6tique.

FLu.r nuty,iti.fs d. L I intenface eau-sddiment

1 - M e s u n E D I R E c T E D E S F L U X o ' E c t n n e e A r R R v e R s L , l r u r e R r R c e

E A U - S E D I M E N T

L e s f r ' x d r S c h a n g e d ' o x y g d n e , d e n i t r a t e s e t d . ' a . m m o n i r ' ont 6t6 me- s u r d s d l r a i d e d ' u n e c l o c h e ( f i g u t e 1 ) , d , u n e c o n t e n a n c e d e 1 0 l , d 6 p o _ s 6 e s u r l e f o n d d u b a s s i n e t m u n i e d ' u n d i s p o s i t i f d ' a g i t a t i o n r e n t e , e m p € c h a n t l r i n s t a r r a t i o n d ' u n g r a d i e n t d e c o n c e n t r a t i o n a u v o i s i n a g e d e f i n t e r f a c e e a u - s 6 d i m e n t . D e s 6 c h a n t i l l o n s d . ' e a u d e i l i n t 6 r i e u r d e l - a c l o c h e s o n t p r 6 1 e v 6 s t o u t e s l e s 2 h a p a r t i r d e l a s u r f a c e , d I ' a i d e d ' u n r o n g c a p i l l a i r e r e r i 6 d r : n e a i g u i r r e p 6 n 6 t r a n t d I ' i n t 6 r i e u r d e l a

croche- Lrarunonium et res nitrates ont 6t6 dos6s respectivement selon

l a m 6 t l o d e d e Slawyc et Isaac ( 1 9 7 2 ) eL d'Armstrong e t a L . ( 1 9 6 7 ) . L a c o n c e n t r a t i o n e n o x y g € n e d i s s o u s d l - ' i n t 6 r i e u r d e r a c l o c h e e s t m e s u r 6 e avec un oxlzmCtre muni d'un enregistreur.

Figuz,e 1

Dispositif de cLoche utiLisd pouy mesluer Les dcharqes equ-sddiment

La figure 2 montre un exemple de 1'6volution des concentrations ob-

s e r v e e s d a n s I a c r o c h e . P a r c o n t r e , l e s 6 c h a n t i r r o n s d ' e a u s a n s c o n t a c t

avec le fond du bassin ne nontrent que des variati-ons n6gligeables par

rapport 5 cerres observ6es avec ra cl-oche. Les variations d.e concencra-

t i o n s d 1 ' i . n t 6 r i e u r d e c e l l e - c i s o n t d o n c d u e s a u x 6 c h a n g e s avec res 9Y continu

60ty'min

Ydtrrrt 1o !.

rur{bcc l25ocm2

364 Sciences de LtEau 3

Figure 2

Et;olution de La concentration en nitrates, unnonium et orggbne dissous d. L'intdz'ieur de La cLoche

s 6 d i m e n t s . L e s d i f f 6 r e n c e s d e c o n -

centrations au cours du temPs Per-

m e t t e n t d e c a l c u l e r l e s f l u x , c o n - n a i s s a n t I a s u r f a c e d e I ' i n t e r f a c e d f int6rieur d.e fa cloche. Le f l u x d e n i t r a t e s , c o m m e c e l u i d ' o x y g d n e , e s t d i r i g 6 v e r s I e s s 6 - d i m e n t s . A u c o n t r a i r e , I e f l u x d ' a m m o n i u m e s t d i r . i g 6 v e r s l a c o - l o n n e d ' e a u . L ' 6 v o l u t i o n s a i s o n n i d - r e d e c e s m e s u r e s d i r e c t e s d e f l u x e s t r e p o r t 6 e s u r I a f i g u r e 3 . L e s

variations sont bien marqu6es : Ie

m a x i m u m d ' i n t e n s i t 6 d e c e s f l u x s e

produit en 6t6 lorsque Ia temP6ra-

t u r e e s t I a p l u s f a v o r a b l e P o u r l e s a c t i v i t 6 s b a c t 6 r i e n n e s ( e n v i - r o n 2 O " C a u n i v e a u d u f o n d e n 6 t 6 ) .

D e s v a r i a t i o n s s a i s o n n i E r e s s i m i l a i r e s d e r 6 g 6 n 6 r a t i o n d e s 6 1 6 - m e n t s n u t r i t i f s o n t 6 t 6 d 6 c r i t e s p a r K L U M P e t M A R T E N S ( 1 9 8 1 ) , G R A A F et aL. 0982) , BT,ACKBURN et

H E N R I K S E N ( 1 9 8 3 ) .

o

2 - E r u o r D E S P R o F I L S v E R T I c A U X

L , E A U I N T E R S T I T I E L L E E T L A

D E C O N C E N T R A T I O N S D A N S P H A S E S O L I D E D E S S E D I M E N T S

Des carottes de s6diments d,environ 15 i 20 crn de hauteur ont 6t6

p r 6 1 e v 6 e s s o i t d i r e c t e m e n t a u m o y e n d ' u n c a r o t t i e r M o r t i m e r , s o i t a u m o y e n d ' u n t u b e r i g i d e e n f o n c 6 d a n s l e c o n t e n u d ' r : n e b e n n e d ' E c k m a n ' s i t 6 t a p r 6 s I ' o u v e r t u r e . D a n s l e s d e u x c a s , O n s ' e s t a s s u r 6 v i s u e l l e - m e n t q u e I ' i n t e r f a c e e a u - s 6 d i m e n t n ' a v a i t p a s 6 t 6 p e r t u r b 6 a u c o u r s d u

pr6ldvement. Les carottes ont 6t5 imm6diatement congel6es puis coup6es

e n t r a n c h e s d e 1 c m d ' 6 p a i s s e u r . L ' e a u i n t e r s t i t i e f l e a 6 t € e x t r a i t e p a r c e n t r i f u g a t i o n ' a p r d s d 6 c o n g 6 l a t i o n . S u r l a p h a s e s o l i d e d u s 6 d i - m e n t , l e s p i g m e n t s c h l o r o p h y l l i e n s s o n t d o s 6 s s e l - o n f a m 6 t h o d e d e

Lorenzen (7967) i le carbone organique par conbustion avec un artalyseur

L E c o ; I ' a z o t e o r g a n i q u e p a r d 6 t e r m i n a t i o n d e l ' a m m o n i u n a p r d s u n e d i - g e s t i o n K j e l d a h l .

2 . 1 . L ' a m m o n i u m d a n s l' e a u i n t e r s t i t i e l l e

Les profils de concentration en annrnoniurn dissous refev6s dans Ireau

i n t e r s t i t i e l l e d e p u i s a o o t 1 9 8 1 s o n t r e p r 6 s e n t 6 s s u r I a f i g u r e 4 . T o u s m o n t r e n t u n g r a d i e n t c r o j - s s a n t d I ' i n t e r f a c e e a u - s 6 d i m e n t . u n p l - a t e a u

d e c o n c e n t r a t i o n e s t a t t e i n t a u - d e l d d e 5 d B c m . L e s v a l e u r s d e s

concentrations correspondant d ce plateau augmentent au cours du temps.

L ' 6 v o l u t i o n d u n i v e a u m a x i m a l d ' a m m o n i u m d i s s o u s a t t e i n t e n p r o f o n d e u r ( 1 0 cm) est repr6sent6e s u r 1 a f i g u r e 5 . L a t e n d a n c e d l r a u g m e n t a t i o n

de Ia teneur en ammonium dans les s6diments est bien visible malgr6 les

variations saisonniares qui se superposent a cette 6volution d long ter-

m e .

FLur nutritifs L I int er fac e e aL,L-s ddiment

stolm-ln'!

rt ,

a 200

o

- 2000

1 9 8 1 t 9 8 2

E u o Lut i on s ai s onni d r e d.e s f Lun T"ni;i rt",

" ",

d trauers Ltdnterface eau-sddi,nent

d I qmnonium o^$Agane di s sous ( e n w o l , m - ' . h - ' )

2 . 2 . P r o f i l s d e l a m a t i e r e o r g a n i q u e d a n s le s 6 d . i m e n t

L a d i s t r i b u t i o n d u c a r b o n e o r g a n i q u e d a n s l e s s 6 d i m e n t s e s t i l l u s - t r 6 e p a r r a f i g u r e 5 - E l r e n e p r 6 s e n t e q u r r u r e t r 6 s f a i b r e d 6 c r o i s s a n c e e n f o n c t i o n d e I a p r o f o n d e u r . A u d e s s o u s d e 1 0 c m de profondeur, r a t e - n e u r e n c a r b o n e organique e s t e n c o r e d e 4 r 5 % , a f o r s q u ' e n s u r f a c e e r l e e s t d e 5 ? . O n observe Ia m6me distribution p o u r I ' a z o t e o r g a n i q u e . E n

profondeur, La concentration est de 5 d 6 ^g/g. Le rapport c/N du mat6-

r i e l o r g a n i q u e d a n s l e s 6 d i m e n t v a r i e e n t r e 7 e n s u r f a c e e t g , 5 v e r s

10 cm de profondeur. Une grande partie de la matidre organique dans Ie

s 6 d i m e n t e s t d o n c r e l a t i v e m e n t r 6 f r a c t a i r e .

D e s p r o f i l s d e c o n c e n t r a t i o n s d e p i q m e n t s c h r o r o p h y l r i e n s s o n E r e - p r 6 s e n t 6 s s u r l a f i g u r e 7 . E n p r o f o n d e u r , l a c o n t r i b u t i o n d u r n a t 6 r i e r p h y t o p l a n c t o n i q u e a u c a r b o n e o r g a n i q u e t o t a l e s t f a i b l e .

3 6 6 Sciences de L'Eau 3, no4

o m m o n i u m l n m o l . c m - 3 )

. m m o n i u m ( n m o l . c m - 3 1

5 0 0 1 0 0 0

^ 1 0 E - o

o 5

o

Figure 4

PTof,Ls oeTticaur de concentz'ati-on en qnnon't1lm dissous (en n'nol.cm-3) dmts Ltecu interstitieLLe des sddiments

Dans fa couche sup6rieure des s6diments, on observe une augmentation

d e s p i g m e n t s c h l o r o p h y l l i e n s p e n d a n t 1 a p 6 r i o d e d e f l o r a i s o n d e s a l g u e s : e n m a i 1 9 8 2 , f e s c o n c e n t r a t i o n s e n s u r f a c e 6 t a i e n t s u p 6 r i e u r e s d ' u n f a c -

teur 5 aux concentrations en profondeur. Quatre mois plus tard, Ie pro-

fil de pigments chlorophylliens dans .Ies s6diments ne montre plus de ma-

ximum de concentration. Le mat6riel DhvtoDl-anctonique est donc trds fa-

c i l e m e n t d 6 q r a d a b l e .

FLun nutritifs d. Ltintez'face eau-sddiment 3 6 7

E

E I

{ 2

Figure 5

Euolution d. Long tenne de La concentration en amnoniun (enVmol.L-t) dans L'eau interstitieLLe des sddiments d 10 cm de profond.euz.

C O P m 9 . g - l

50 100

N O P m 9 . g - l

5

:,

3 5 z o o

Figuz,e 6

Profils Derticalr de concentrat.Lon

en carbone organique pattieuLaire (C)P)

et en azote organique pa"ticuLal:r,e (N)P) dans Les sddinents

Ces observations suggCrent que nous sonmes en pr6sence de deux frac-

tions de matidre organique apport6e au s6diment caract6ris6es par des

b i o d 6 g r a d a b i f i t 6 s t r d s d i f f 6 r e n t e s :

- I'une, e s s e n t i e l l e m e n t d ' o r i g i n e d 6 t r i t i q u e , t r 6 s l e n t e m e n t d 6 - g r a d d e e t q u i domine I'ensembl-e du profil ;

- Irautre e s s e n t i e l l e m e n t d ' o r i g i n e p l a n c t o n i q u e , r a p i d e m e n t d d g r a -

d6e, de telle sorte que sa contribution au mat6riel en place dans le

s6dirnent est extrdmement faible.

Cette repr6sentation des phdnomdnes est pleinement compatible avec

l - r a l l u r e d e s p r o f i l s d t a r n r n o n i u m . E n e f f e t , c e s p r o f i l s m o n t r e n t u n e

croissance rapide en fonction de Ia profondeur dans les premiers centi-

m E t r e s , s u i v i e d ' u n p l a t e a u . L a p r o d u c t i o n d ' a m r n o n i r : r u e n p r o f o n d e u r e s t

donc n6gligeable par rapport A celle qui se produit dans les premiers

Sciences de L'Elau 3, no4

f c lg

5 0 0 0 200

M A ' 8 2

Eigure 7 Profils uerticattr de concentrat'Lon en

(vg/g d'z s,idiment) dans

I S E P T 8 2

pignent s chlorophg Lliens Les s,ldiments

c e n t i m d t r e s d u s 6 d i m e n t . L e m a t 6 r i e l d ' o r i g i n e p l a n c t o n i q u e e s t e n p a r - t i e r e s p o n s a b l e d e s v a r i , a t i o n s s a i s o n n i d r e s d e s f l u x d l r i n t e r f a c e e a u -

s6diment. La d6gradation de la matidre organique plus r6fractaire provo-

q u e I ' a u g m e n t a t i o n d u f l : x d l o n g t e r m e .

5 - MooEr-E DrAGENErreuE

3 . 1 . P r i n c i p e

L e s m e s u r e s d i r e c t e s d e f f u x d ' 6 c h a n g e d r 6 l 6 m e n t s n u t r i t i f s d f i n - t e r f a c e s 6 d i m e n t - e a u f o u : : n i s s e n t d 6 j d d e s i n d i c a t i o n s . M a i s , p o u r 6 t a - b l i r u n b i l a n d e s t r a n s f o r m a t i o n s d ' a z o t e d a n s l - e s s 6 d i m e n t s , o n d o i t

se servir de f information fournie par les profils verticaux d.e concen-

t r a t i o n d a n s I ' e a u i n t e r : ; t i t i e f l e e t I a p h a s e s o f i d e d e s s 6 d i m e n t s . C e c i p e u t e t r e f a i t p a r l a t e c h n i q u e d e 1 ' a n a l y s e d i a g 6 n 6 t i q u e d o n t I e s p r i n - c i p e s o n t 6 t 6 e x p o s 6 s p a r : B E R N E R ( 1 9 7 1 , 7 9 7 4 , 1 9 8 0 ) , LERI',IAN (1979) et BTLLEN (1982) -

L ' a n a l y s e d i a g 6 n 6 t i q u e p e r m e t d ' e x p l i c i t e r l e s r e l a t i o n s e n t r e L a d i s t r i b u t i o n v e r t i c a l e d e s e s p d c e s c h i r n i q u e s d a n s l e s s 6 d i m e n t s e t I ' i n - t e n s i t 6 d e s p r o c e s s u s q u j r a p p o r t e n t c e s e s p d c e s . A i n s i , l e p r o f i l d e c o n c e n t r a t i o n ( C i ) 2 de l"espdce i e n f o n c t i o n d e 1 a p r o f o n d e u r z e s t d o n n 6 A c h a q u e i n s t a n t p a r 1 ' S q u a t i o n d i f f 6 r e n t i e l l e s u i v a n t e q u i e x -

prime Ie bil-an de masse tle cette espdce dans le s6diment :

+ R .

I

o u :

- D est Ie coefficierrt d . e d i s p e r s i o n v e r t i c a l e d a n s 1 a p h a s e c o n s i -

A A v 6 a .

15) ="rI"')-,r5)

\ a t l , \ d " ' / t \ a , / t

FLu:r nutritifs d. L|inl;erface eau-sddiment

- tl est la vitesse de s6dimentation ;

- R1 est Ia somme alg6brique d e s v i t e s s e s d e d i v e r s p r o c e s s u s d e p r o d u c t i o n o u d e c o n s o r n m a t i o n d e I ' e s p B c e i c o n s i d 6 r 6 e .

D a n s I e c a d r e d e c e t t e a n a l y s e , o n n 6 g l i g e l e s 6 c h a n g e s h o r i z o n t a u x a u s e i n d u s 6 d i m e n t .

L e f l u x ( F i ) a I ' i n t : e r f a c e s e d i m e n t - e a u p e u t s ' e x p r i m e r p a r :

/ " ^ \

/ o u . \

F . = _ D [ = l l + o ) c i - \ d z

| ^ ' - i ( 0 )

\ / z = u

Le bilan des transfc)rmations (Ti) chimiques ou microbiologiques

d a n s l a c o l o n n e d e s 6 d i n r e n t p e u t s ' 6 c r i r e :

@

t . = f R . d z

I r

u

C e m o d 6 l e d o i t p e r m < : t t r e d e r e l i e r I e f l u x d e m a t 6 r i e l s S d i m e n t a n t a u x f l u x d ' 6 c h a n g e s d t r : a v e r s f i n t e r f a c e . I I d o i t p r 6 v o i r f a d 6 r i v e d

Iong terme des flux d'arrmonium et rendre compte des variations saison-

n i d r e s d e s f f u x d r 6 l 6 m e n t s n u t r i t i f s .

Plusieurs paramdtrer; intervenant dans Ie modEle ont 6t6 d6termin6s

g r d c e d c e r t a i n e s e x p 6 r : L e n c e s r 6 a l i s 6 e s s u r l e s s 6 d i m e n t s d u b a s s i n d e M 6 r y - s u r - O i s e .

3 . 2 . V i t e s s e d e s 6 d i m e n l l a t i o n

P o u r e s t i m e r c e t t e r z i t e s s e , n o u s a v o n s r 6 a 1 i s 6 u n r e l e v 6 d e l - a d i s - t r i b u t i o n d e s h a u t e u r s < l e s 6 d i m e n t s d a n s l e b a s s i n ( f d g w , e B i . L ' 6 p a i s - s e u r m o y e n n e d e s s 6 d i m e n t s ( s u r 32 points d e c a r o t t a g e e f f e c t u 6 s e n d o u b l e o u t r i p l e ) e s t d o 2 2 c m , 3 3 m o i s a p r d s I a m i s e e n e a u d u b a s s i n .

I,e taux de s6dimentation moyen est donc 0,7 cm/mois, soit 8 cm par an.

3 . 3 . C o e f f i c i e n t d e d i s p e r s i o n d a n s la p h a s e i n t e r s t i t i e l l e

L a v a l e u r d e D i , c o r : f f i c i e n t d e m 6 l a n g e d a n s l a p h a s e i n t e r s t i t i e l -

fe peut se d6duire de La connaissance du flux de nitrates i travers

f i n t e r f a c e e a u - s 6 d i m e n ' E m e s u r d a v e c I a c l o c h e ( 1 , 5 . 1 0 - 2 n m o l e s . c m - 2 . s - I 1 e t d u g r a d i e n t d e c o n c e n t r a t i o n d e s n i t r a t e s d a n s I ' e a u i n t e r s t i t i e l l e

( e n v i r o n 3 0 0 n m o l e s . c . - ' * ) . L . v a l - e u r d e 5 . 1 0 - 5 . r - 2 . = - l o b t e n u e e s t d a n s

Ia m6me gamme que celler; observ6es dans l-es couches superficielles des

s 6 d i m e n t s m a r i n s e t l a c r : s t r e s ( B T L L E N , 1 9 8 2 ) .

3 . 4 . C o n s t a n t e s d e d 6 g r , r d a t i o n d u m a t 6 r i e l o r g a n i q u e d e s s E d i m e n t s

D e s m e s u r e s d i r e c t e r s d e I a v i t e s s e d ' a m m o n i f i c a t i o n o n t 6 t 6 r 6 a l - i -

s6es. La concentration r3n arnmonium total dans quatre 6chantillons pr6-

l e v 6 s d d i f f 6 r e n t s n i v e , a u x d r u n e c a r o t t e d e s 6 d i r n e n t s a 6 t 6 s u i v i e p e n - d a n t d i x j o u r s d ' i n c u b a L i o n a 2 0 o C . L e s r 6 s u l t a t s s o n t i l l u s t r 6 s p a r I a f i q u r e 9 .

3 7 0

Flgure B

Releud de La hauteuy, de s1diments (en ern) aectuntlds dans Le bassin aprds 33 mois de fonctionnement

0 1m lml

c n

Figwe 9

Disttibution en fonction de La profondeur de La oitesse d'qrrnontfication

- ? , - l r

(nnoLe. on- " . j- ' ) dans Les stidiment s

On a pu ainsi estj-rner I e s c o n s t a n t e s d e d 6 g r a d a - t i o n k a t e t k a z d e s d e u x f r a c t i o n s d e m a t i e r e s o r g a n i q u e s ( k a l : c o n s t a n t e d e p r e m i e r o r d r e d ' a m m o n i - f i c a t i o n d e I a f r a c t i o n I a b i 1 e , k a 2 : Pour la frac- t i o n p l u s r € f r a c t a i r e ) :

k a 1 = 1 , 3 . I O - 2 j o u r - I a 2 0 0 c

k a 2 = 5 . 1 6 - a i o u r - l

Pour tenir comPte de

I a d 6 p e n d a n c e d e c e s c o n s - t a n t e s v i s - d - v i s d e I a

temp6rature, nous avons

c o n s i d 6 r 6 u n Qro SgaI d

3 . 5 . L a d 6 n i t r i f i c a t i o n

A q u e l g u e s o c c a s i o n s , n o u s a v o n s s u i v i , a u c o u r s d u t e m p s , l a c o n c e n t r a t i o n e n n i t r a t e s d a n s I ' e a u i n t e r s t i t i e l l e d e s 6 d i m e n t s s u p e r - f i c i e l s d o p 6 s e n n j - t r a t e s . L e s r 6 s u l t a t s ( f i g u t e J 0 ) m o n t r e n t u n e

FLun nutr.i.tifs d. L?dn

d 6 n i t r i f i c a t i o n e x t r d -

mement rapide dont Ia

cin6tique peut Ctre

repr6sent6e par une

loi de premier ordre du type :

soit :

-k _t

o

i - l i \ -

"Nor - t'Nog, o k d = 0 , 8 . 1 0 - 3 s - r

= constance de d6nitrification

t e m p s , m i n .

Figw,e 10

Euolution au eou?s du tarps de La eoneentration

en nitrates dans Les sddiments de sunface aprd,s

addition de 400 ltrn de nitnates

3 . 6 . L ' a d s o r p t ' i o n d e I ' a m m o n ' i u m ( K )

lranmonium adsorb6 sur Ia phase solide du s6diment a 6t€ extrait

deux fois par 10 nl de Kcl 2M. L'arnmonir:m adsorbE sur la phase solide a t t e i n t d e s c o n c e n t r a t i o n s d e l _ , o r d r e d e 0 r 1 m g N / g d e s d d i m e n t sec.

La constante K dradsorption de I'annnonir:m, qui est 6gale au rapport de

Ia concentration en WHf,,:lissous sur Ia concentrat.ion en lfHf, adsorb6,

toutes deux exprim6es par unit6 de volu.me de s6djment, est de l,ordre

o e b ( r ' L g 1 / ? e L t ) .

3 . 7 . E l a b o r a t i o n d u m o d e l e d i a g 6 n 6 t i q u e

Le mod€Ie diag6n6tique permet de rel_ier le flux de mat6riel s6di-

mentant aux frux d'6change d I'interface en tenant compte des processus

internes aux s6diments. En effet, une particule de matiEre organique

arrivant sur re fond peut suivre diff6rents processus de transformation :

- soj.t un enfouissement dans les s6dirnents profonds ;

- soit une anmonification dont Ia vitesse d6pendra de Ia nature

organique et de Ia temp6rature.

L'ammonium aj-nsi form6 peut :

- soit etre adsorb6 sur la phase solide ;

- soit 6tre transform6 en nitrates (nitrification) dont le stock

e s t a u g m e n t 6 p a r 1 ' a p p o r t d p a r t i r d e I ' e a u s u r n a g e a n t e e t e s t r 6 d u i t

par Ie processus de d6nitrification selon les conditions redox ;

- soit 6tre relargu6 v e r s l a c o l o n n e d . ' e a u .

(F-) = kdc,o,

a"

E o -f ri

o E

g dia)

I

c

? J 9

Sciences de LtEau 3

anilnonium disso.rs, nmol. cm -3 Figu.z,e 11

Relation entz,e La eoncentrat4on en NHa adsorbd sur La phase solide des s,ldiments

et La concentz,ation en NHa dissous dans L'eau interstitieLLe

0 . 0 1

0 . 0 0 5

t e S l 'ea2 t e E 3

a m c a u r c S e x p o r i m c n t a l c a

Figure 12

SirruLation des oaviations saisonniAres et d Long terme

du fltn d'anrnonium d tz,aoers Ltintez.face eau-sddiment

En tenant compte de tous ces processus internes, dont un grand nom-

bre de paramdtres a 6t6 d6termin6 exp6rimentalement, le mod61e diag6n6-

t i q u e p e r m e t d e c a l c u l e r l e s f l u x d ' 6 c h a n g e d ' a z o t e e t d e p r 6 v o i r l e u r s v a r i a t i o n s s a i s o n n i d r e s e t c e l l e s i l o n g t e r m e .

L e d 6 v e l o p p e m e n t c o m p l e t d u m o d E l e u t i l i s 6 i c i f a i t 1 ' o b j e t d ' u n e a u t r e p u b l i c a t i o n ( B I L L E N et aL., 7 9 8 4 a ) .

t e E 0

g N . m - r . h - l

ELur nuttitifs d Ltintenface eau-sdd.unent

A t i t r e d ' e x e m p l e , l a f i g u r e 1 2 i l l u s t r e l e s v a r i a t i o n s d e s f l u x d r a m m o n i u m . E n p 6 r i o d e f r o i d e , f e s f l u x d ' 6 c h a n g e s o n t t r C s r 6 d u i t s i c a u s e , d ' u n e p a r t , d e l a t e m p 6 r a t u r e e t , d r a u t r e p a r t , d e l a n a t u r e d e I a m a t i E r e o r g a n i q u e q u i p r o v i e n t d e l r O i s e e t q u i e s t e s s e n t i e f l - e m e n t d ' o r i g i n e d 6 t r i t i q u e a c e t t e 6 p o q u e . L e s d e u x m a x i m a d ' i n t e n s i t 6 d e s flux correspondent au)< deux plcs de phytoplancton qui se produisent, a u p r i n t e m p s e t a l - a f i n d e 1 ' 6 t 6 , d a n s I ' O i s e . O n n o t e a u s s i I ' a u g m e n -

tation des flux au cours du temDs.

L O N C L U S I O N S

Les s6diments du bassin fonctionnent actuel_l_ement corune un pi6ge

v i s - d - v i s d e s n i t r a t e s e t d r u n e p a r t i e d e I ' a z o t e o r g a n i q u e e n f o u i e d a n s l e s c o u c h e s p r o f o n d e s . S e u l , 1 e f l u x d ' a m m o n i u m a p a r t i r d e s s 6 - d i m e n t s p e u t i n f l u e n c e r l a g u a l i t 6 d e I a c o i o n n e d r e a u s u r n a g e a n t e . M a i s , 1 e f l u x d ' a D n o n i r m p r o v e n a n t d e I ' O i s e e s t d e I ' o r d r e d e a o o n a - - 2 i ^ , ' - - l l

' v v r u v . r u . J v q ! , r e r e l a r g a g e n e r e p r 6 s e n t e q u t u n e f a i b l e p r o p o r t i o n d e c e l u i - c i ( d e l'ordre a e 4 a e n 1 9 8 3 ) . E n f o n c t i o n n e m e n t n o r m a l d e c e b a s s i n , I e r e l a r g a g e d ' a r n m o n i u m n ' i n f l - u e n c e p a s , d e fagon significa- t i v e , f a q u a l i t 6 d e l ' e a u s u r n a q e a n t e . P a r c o n t r e , s i l e b a s s i n n ' e s t

plus aliment6 par I'Oise, une augmentation des concentrations en ammo-

nium pourra 6tre observ6e.

Les deux approches expErimentales ont permis de mettre en evidence

d i f f 6 r e n t s p r o c e s s u s . L e s m e s u r e s d i r e c t e s d e f l u x d I ' a i d e d e s c l o c h e s

ont montr6 une 6volution saisonniEre trds marqu6e ainsi qu'r:ne 6volution

i long terme qui a 6t6 confirm6e par 1'6tude des profils de concentra-

t i o n s d a n s 1 ' e a u i n t e r s t i t i e l l e .

L e s v a r i a t i o n s d e s f l u x d f i n t e r f a c e s o n t d u e s , d ' u n e p a r t , a u x v a -

riations saisonnidres de Ia nature des mat6ri-aux r6cemment d6pos6s et

a u v i e i l l i s s e r n e n t d e 1 ' e n s e r n b l e d e s s 6 d i m e n t s .

Le mod6le dia9.-n6tique utilis6 ici rend bien compte de ces deux 6vo-

Iutions et permet de simuler les flux i plus long terme.

Remrnc r EMENTS

Cette 6tude a 6t6 financ6e par Ie Syndicat des Cornmunes de la Ban-

Lieue de Paris pour 1es Eaux et La Compagnie G6n6ra1e des Eaux. El,Le a

6t6 r6alis6e par une collaboration entre le croupe de Microbiologie de

I ' U n i v e r s i t 6 L i b r e d e B r u x e l l e s e t I e L a b o r a t o i r e d e G 6 o l o q i e d e I ' E c o l e N o r m a l e S u p 6 r i e u r e d ' U l m .

3 7 4 Sciences de LtEau 3

R E r E n E n c e s B I B L I o G R A P H I o t i E s

A R T 4 S T R O N G F . A . G . , S I E M S C . R . ,

S T R T C K T A N D J . D . H . , 1 9 ? 5 , T h e m e a s u r e m e n t of upwelling and su.bsequent biological to be processed by means of the Technicon A u t o - A n a t y s e . D e e p S e c r R e s . , 1 4 , 3 8 1 - 3 8 9 . B E R N E R R . A . , 1 9 7 1 . P r i n c i p l e s o f c h e n i c a l s e d i m e n t o l o g y . M c G r a w H i l I , N e w Y o r k , 24O p.

B E R N E R R . A . , 1 9 7 4 . K i n e t i c m o d e l - s f o r the early diagenesis of nitrogen, sulfur, p h o s p h o r u s a n d s i l i c o n i n a n o x i c m a r i n e s e d i m e n t s i n t h e S e a . E . D . G o l a l b e r g E d . ' v . S . , J o h n w i l e y a n d S o n s , N e w Y o r k ,

42'7-450.

B E R N E R R . A . , 1 9 8 0 . E a r l y d i a g e n e s i s . A

theoretical approach. Princeton Univ. Press,

P r i n c e t o n , 2 4 1 p .

B T L L E N G . , 1 9 8 2 . A n i d e a l i z e d m o d e l o f

nitrogen recycling in marine sediments.

A n . J . S c i . , 2 8 2 , s 1 2 - 5 4 1 .

B T L L E N G . , D E S S E R Y S . , L A N C E I O T C , , M E Y B E C K M . , 1 9 8 4 a . s e a s o n a l a n d l o n g t e r m v a r i a t i o n s o f n i t r o g e n d i a g e n e s i s i n t h e sedinents of a recently impounded basin.

B i o g e o c h e m i s t r y ( s o u s p r e s s e ) . B I L L E N G . , C A V E L I E R C . , D E S S E R Y S . , LANCELCn M., SOMVIT,I,E M., 1984b. Evolution de la quaLitd de la rivi€re oise lors de sa rebention dans Ie bassin de storage de M6ry (France) . Vehn. Internat' Verein L i m o l . , ! ! ( s o u s p r e s s e ) .

B L A C K B U R N T . H . , H E N R I K S E N K . , 1 9 8 3 . N i t r o g e n c y c t i n g i n d i f f e r e n t L y p e s o f

sediments from Danish waters. LinnoL'

O c e a n o g r , , 2 A , 4 7 1 - 4 9 3 .

D E S S E R Y S . , M E Y B E C K M . , C A V E L I E R C . , C A I L L I B O T T E M . , 1 9 8 3 . I n f l u e n c e s u r l a q u a l i t 6 d e I ' e a u d r u n e c o u r t e r d t e n t i o n d a n s u n b a s s i n d e s t r a t i f i 6 M 6 r y - s u r - o i s e - Reuue des Sciences de L'Eau, 2, 239-253- G R A A F G . ' B E N G T S O N t l . , D I E S N E R V . , S C U L A R . , T E E D E H . , 1 9 4 2 . B e n t h i c r e s - p o n s e t o s e d i m e n t a t i o n o f a s P r i n g

phytoplankton bloom : Process and bugdet.

M a r . B i o L . , 6 - 1 , 2 o 1 - 2 0 a .

K L U M P J . V . . M A R T E N S C . S . , 1 9 8 1 . B i o - g e o c h e m i c a l c y c l i n g i n a n o r g a n i c r i c h c o a s t a ] m a r i n e b a s i n . I I : N u t r i e n t

sedinent - water exchange processes.

G e o c h i n . C o s m o c h t i m , A c L a , 4 5 , l o 1 - l 2 | - L E R M A N A . , L 9 1 9 ' G e o c h e m i c a l p r o c e s s e s : water and sedinents environnents.

J o h n W i l e y a n d S o n s , N e w - Y o r k . I , o R . E N Z E N C . J . , 1 9 6 7 . D e t e r n i n a t i o n o f c h l o r o p h y l l a n d p h e o p i g n e n t s s p e c t r o - p h o t o m e t r i c e q u a t i o n s . L z m o l . ) c e a n o g r ' ,

t 2 , 3 4 3 - 3 4 6 -

s r " A w Y c G . , M A C r S A A C J . v . , 1 9 7 2 . Comparison of two automated amoniw methods in a reg-ion of coastal upwellj-ng.

D e e p , e a R e s . , 1 9 , 1 - 4 .