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Graba, Myriam. Modélisation des interactions biophysiques entre la dynamique du biofilm épilithique et l'hydrodynamique locale

Graba, Myriam (2011). Modélisation des interactions biophysiques entre la dynamique du biofilm épilithique et l'hydrodynamique locale.

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Résumé en francais

Les interactions entre l'hydrodynamique locale, la structure et la dynamique temporelle du biofilm épilithique ont été étudiées par analyse et modélisation de séries temporelles de biomasse et de la composition algale sur trois séries de données obtenues en canaux expérimentaux et in situ. Deux séries temporelles ont été obtenues dans des conditions contrôlées à l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse: la première dans un canal à vitesse constante d'écoulement, et la second dans un canal à trois sections avec trois vitesses d'écoulement incluant un test d'arrachage du biofilm en fin d'expérience. La dernière série temporelle a été collectée sur un banc de galet de la Garonne (France) en amont de Toulouse durant la période de Septembre 2008 à Septembre 2009. Trois formulations décrivant le processus de détachement chronique du biofilm ont été confrontées à la première série de données. Ces trois formulations sont respectivement fonction du débit Q, de la vitesse de frottement u* et du nombre de Reynolds rugueux k+. Elles sont intégrées dans un modèle simple décrivant la dynamique de croissance du biofilm épilithique comme un équilibre entre une croissance phototrophique et une perte chronique dépendante de l'hydrodynamique. Les résultats d'application de ces trois formulations à la première série de données obtenues en canal, ont montré que la dynamique du biofilm épilithique est mieux reproduite en considérant comme variables externes de forçage du détachement chronique, des descripteurs de l'hydrodynamique locale et de la turbulence en proche parois que sont la vitesse de frottement (u*) et la rugosité turbulente (k+). Néanmoins l'utilisation de la rugosité turbulente donne le meilleur résultat car ce descripteur tient compte non seulement de l'effet de l'hydrodynamique mais aussi de l'évolution de la forme et des dimensions du substratum qui est fonction de l'épaisseur et de la structure du biofilm qui le colonise. L'analyse de la série temporelle obtenue dans le canal à trois vitesses d'écoulement a révélé que la structure du biofilm, sa composition algale et sa résistance au détachement catastrophique étaient fortement conditionnées par les caractéristiques hydrodynamiques locales subies pendant la période de croissance. Ceci met en évidence l'importance de la prise en compte du rôle de cette hydrodynamique locale dans la modélisation du processus de détachement catastrophique associé aux crues, et plus généralement, son rôle dans les différents processus régissant la dynamique temporelle du biofilm épilithique. En tenant compte des résultats obtenus dans les expérimentations et modélisations des interactions biofilm/écoulement dans les canaux expérimentaux précédemment décrites, une nouvelle approche est utilisée pour la modélisation de la série temporelle obtenue in situ. Cette approche tient compte de l'effet des interactions hydrodynamiques locales/structure et composition du biofilm sur sa dynamique temporelle et de la pression de broutage par les invertébrés aquatiques. Cette nouvelle approche permet ainsi de reproduire tous les cycles de croissance et de détachement du biofilm observés in situ en prenant en compte l'effet de la température, de l'intensité lumineuse, des différents processus de détachement (chronique, catastrophique et autogénique) ainsi que la perte par broutage. L'action par broutage direct semble être négligeable face à l'action indirecte des invertébrés liée à leurs déplacements qui déstructurent les couches algo-bactériennes et modifient les capacités d'accrochage du biofilm au substrat.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Sanchez-Perez, José-Miguel
Sauvage, Sabine
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire écologie fonctionnelle et environnement (EcoLab), UMR 5245
Mots-clés libres :Biofilm épilithique - Dynamique temporelle - Hydrodynamique locale - Détachement - Composition algale et modélisation
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :17 Sep 2012 10:02