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Cakir, Roxelane. Les fonctions écologiques de régulation des nitrates au sein des bassins versants : des cours d'eau aux territoires

Cakir, Roxelane (2020). Les fonctions écologiques de régulation des nitrates au sein des bassins versants : des cours d'eau aux territoires.

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Résumé en francais

Le maintien de la qualité des eaux de surface au sein des bassins versants est un enjeu pour la société et les écosystèmes. Ce maintien est en partie assuré par la régulation de la qualité de l'eau, encore trop peu étudiée. Comprendre cette régulation faciliterait la détermination de l'impact anthropique et des zones à préserver, en conséquence, une gestion de la ressource optimale. Si l'on considère les nitrates comme indicateur de la qualité de l'eau, ces derniers sont apportés en quantité importante par les activités agricoles, les rejets urbains et industriels. La régulation est assurée par les écosystèmes grâce à des processus naturels de production, de stockage et d'élimination. La régulation s'effectue à la fois dans les milieux terrestres et aquatiques, et dépend de facteurs de contrôle, tels que l'occupation du sol, l'hydrologie, la pédologie et la structure du paysage. Le recours à la modélisation couplée à de l'observation à la fois sur les milieux aquatiques et terrestres est ainsi incontournable pour caractériser et quantifier les fonctions de régulations des nitrates à différentes échelles d'organisation spatiale. Les objectifs de cette thèse sont: (1) de quantifier et de comprendre l'évolution spatiale et temporelle des fonctions écologiques liées à la régulation des nitrates au sein du réseau hydrographique et des sols des versants, (2) d'analyser les facteurs de contrôle s'exerçant sur ces fonctions, (3) de quantifier avec des relations " simples " les fonctions écologiques, (4) de quantifier ces fonctions écologiques à l'échelle du Sud-ouest européen dans un contexte de gestion du territoire. Deux échelles d'organisation spatiale ont été abordées : l'échelle de la masse d'eau au sens de la Directive Cadre sur l'Eau et l'échelle du système d'exploitation. La méthodologie a été développée sur la Garonne (50 000 km2) puis appliquée à l'échelle de tout le Sud-Ouest Européen (773 000 km2). Dans ce travail, nous avons exploité les données issues des agences de l'eau européennes mais aussi des données scientifiques issues de projets européens et d'études ponctuelles. Les résultats simulés à partir du modèle SWAT montrent que, dans le bassin versant de la Garonne, la production de nitrates est en moyenne de +1,62 gN.m-2.j-1 et l'élimination des nitrates est en moyenne égale à -1,77 gN.m-2.j-1 au sein des cours d'eau sur la période 2000-2010. Ces calculs intégrant l'anthropisation (villes, agriculture, barrages) sont obtenus à l'échelle mensuelle. L'élimination de nitrates est plus forte au printemps et en été dans les petits cours d'eau de plaines alluviales, tandis que la production est plus forte en aval des fleuves. Sur les versants du bassin, la production en nitrates est dominante dans les plaines alluviales tandis que la fonction d'élimination est dominante dans les forêts alluviales et les zones humides avec une composition élevée en matière organique (>2%). Par comparaison avec une cartographie naturelle, ces fonctions écologiques de régulation ont subi une perte de 76% au sein du bassin de la Garonne, due aux fortes pressions anthropiques notamment de changement d'occupation du sol. La dynamique spatio-temporelle de ses fonctions écologiques est contrôlée par la pente, le débit, les conditions hydrauliques et la concentration en nitrates dans les eaux de surface. À partir de ces facteurs de contrôle, des équations paramétriques modélisant l'élimination des nitrates dans les cours d'eau à l'échelle des masses d'eau ont pu être développées et validées sur le bassin versant de la Garonne. Les fonctions écologiques terrestres et aquatiques estimées à large échelle, celle du Sud-ouest européen, ont des variations spatiales et temporelles similaires à celles trouvées dans le bassin de la Garonne. Enfin, la valorisation des résultats de cette thèse a permis de nombreuses collaborations dans les domaines de l'hydrologie, de l'écologie et de l'économie et a fait l'objet de transferts de connaissances vers la société.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Sauvage, Sabine
Walcker, Romain
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 :Hydrologie - Nitrates - Fonctions écologiques - Modélisation - Qualité de l'eau - Sud-ouest européen - Garonne
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :18 Dec 2020 13:41