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Sun, Xiaoling. Modélisation des échanges nappe-rivière et du processus de dénitrification dans les plaines alluviales à l'échelle du bassin versant

Sun, Xiaoling (2015). Modélisation des échanges nappe-rivière et du processus de dénitrification dans les plaines alluviales à l'échelle du bassin versant.

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Résumé en francais

La pollution par les nitrates des eaux de surface et des eaux souterraines a suscité une attention mondiale ces dernières années. La recharge des eaux souterraines via d'infiltration dans les zones cultivées est une source importante de la contamination des eaux de surfaces. Les plaines alluviales supportent une activité agricole intensive et subissent une pollution aux nitrates importante. Il a été démontré que les échanges entre les eaux de nappes et la rivière contribuent à la rétention et/ou transformation de l'azote dans le continuum eaux de surface-eaux souterrains. La compréhension et la quantification des processus d'atténuation des concentrations en nitrates se produisant à l'interface nappe-rivière permettraient d'améliorer la connaissance du cycle de l'azote à l'échelle du bassin versant. Les objectifs de cette thèse sont : 1) quantifier les volumes d'eau échangés entre la rivière et l'aquifère alluvial dans les zones de plaine alluviale à l'échelle du bassin versant et 2) quantifier les taux de dénitrification dans les nappes alluviales à l'échelle du bassin versant et évaluer leurs influences sur les flux de nitrates de la rivière. Un échantillonnage sur le terrain ainsi qu'un travail de modélisation ont été effectués pour atteindre ces objectifs. Les campagnes d'échantillonnages sur le terrain ont eu lieu d'avril 2013 à mars 2014 sur le site d'étude de Monbéqui dans la plaine alluviale de la Garonne. Le modèle Soil and Water Assessment Tool (SWAT) qui est largement utilisé à travers le monde a été choisi pour simuler les processus hydrologiques et le cycle de l'azote. Cependant, la simulation des échanges nappe-rivière qui se produisent dans la plaine alluviale n'est pas prise en compte dans la version originale de SWAT. Premièrement, l'équation de Darcy a été introduite pour simuler les échanges nappe-rivière à partir de la structure Landscape Unit (LU). L'influence des crues débordantes sur ces échanges a également été ajoutée dans le modèle. Le modèle modifié, SWAT-LUD, a d'abord été appliqué à un méandre de la plaine alluviale de la Garonne- Monbéqui (25 km²). Ensuite, un module supplémentaire représentant les processus de dénitrification dans les aquifères peu profonds des nappes alluviales a été développé et ajouté au modèle SWAT-LUD. Les flux de nitrates ainsi que les taux de dénitrification de l'aquifère alluvial de Monbéqui ont alors été quantifiés. Dans un deuxième temps, le modèle SWAT-LUD a été appliqué à l'échelle de la plaine alluviale de la Garonne dans son cours moyen (environ 4600 km²) et l'influence de la dénitrification de l'aquifère alluvial sur les flux de nitrates de la rivière a été quantifiée. Finalement, le modèle a été appliqué sur l'ensemble du bassin versant de la Garonne (environ 51 500 km²) et l'influence des échanges nappes-rivières sur le cycle hydrologique du bassin versant a été évaluée. Les résultats ont montré que le modèle SWAT-LUD pouvait représenter de façon réaliste les échanges nappe-rivière ainsi que les taux de dénitrification dans les aquifères alluviaux à différentes échelles. Les flux échangés vont majoritairement de l'aquifère vers la rivière et contribuent pour 65% du volume total échangé. À l'échelle du bassin versant de la Garonne, le volume annuel échangé entre la nappe et la rivière représente environ 5% du débit annuel de la Garonne. A l'échelle du méandre, le taux annuel de dénitrification dans la zone riparienne a été estimé à environ 130 N-NO3-.ha-1.an-1. Près de 40% des nitrates arrivant dans cette zone ont été dégradés via les processus de dénitrification. Dans le cours moyen de la Garonne, les taux de dénitrification annuels dans ces mêmes zones varient entre 55 et 120 kg N-NO3-. ha-1. an-1.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Sanchez-Perez, José Miguel
Srinivasan, Raghavan
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Ecologie Fonctionnelle (EcoLab), UMR 5245
Mots-clés libres :La Garonne - L'eau échange - Nappe-rivière - Dénitrification - SWAT - Plaine alluviale
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :18 Jan 2016 09:49