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Hdr Année : 2021

Approches couplées pour la caractérisation du fonctionnement biogéochimique en zone critique: de la géochimie isotopique à la modélisation

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Résumé

The critical zone, a complex and reactive interface between rocks, soil, water and atmosphere, is currently facing global scale perturbations, that need to be better understood in order to improve modeling of current and future functionning and of all services that it provides to Humanity. A multidisciplinary approach is developed to characterize the biogeochemical functioning of the critical zone, integrating field observations at several temporal and spatial scales as well as numerical modeling as a tool for predictions but also to help management. Water stable isotopes allow tracing flowpaths and to quantify water fluxes from the locale to the watershed scale. Aquatic ecosystems metabolism is a functional indicator that also inform on the resilience to perturbations. High frequency time series of dissolved oxygen were used to quantify ecosystem metabolism in lakes (casiers Girardon, gravel pit, experimental lakes of the PLANAQUA platform) and streams (Seine, Orgeval). Inorganic carbon isotopes monitoring help distinguishing carbon sources of biotic (organic matter mineralization in soil or stream) and abiotic (carbonates precipitation or dissolution, degassing) origins, based on the example of the Orgeval watershed. Isotope fractionation, both kinetic and at equilibreium, was implemented in reactive transport HYTEC code, developed at MINES ParisTech, with an application case for carbone isotopes in soil.
La zone critique, interface complexe et réactive entre les roches, le sol, l’eau et l’atmosphère, est actuellement soumise à une perturbation d’ampleur globale qu’il est essentiel de mieux comprendre pour mieux la modéliser et mieux appréhender l’avenir des services procurés à l’humanité. Une approche pluri-disciplinaire est développée pour caractériser le fonctionnement biogéochimique de la zone critique, en intégrant des observations à différentes échelles de temps et d’espace, et la modélisation comme outil de prédiction mais également d’aide à la gestion. Les isotopes stables de l’eau permettent de tracer les écoulements et de quantifier les flux d’eau depuis l’échelle locale jusqu’à celle du bassin versant. Le métabolisme des écosystèmes aquatiques est un indicateur fonctionnel qui traduit aussi leur capacité de réponse à des perturbations. Les séries temporelles haute fréquence d’oxygène dissous ont été utilisées pour calculer le métabolisme de lacs (casiers Girardon, gravière, lacs expérimentaux de la plateforme PLANAQUA) de rivière (Seine, Orgeval). Le suivi des isotopes du carbone inorganique est utilisé pour distinguer les sources d’origine biotique (minéralisation de la matière organique du sol ou en rivière) et abiotique (précipitation ou dissolution des carbonates, dégazage), à partir de l’exemple du bassin versant de l’Orgeval. Le fractionnement isotopique, à l’équilibre et cinétique, a été intégré dans le code de transport réactif HYTEC, développé à MINES ParisTech, avec une application aux isotopes du carbone dans le sol
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  • HAL Id : tel-03363518 , version 1

Citer

Sophie Guillon. Approches couplées pour la caractérisation du fonctionnement biogéochimique en zone critique: de la géochimie isotopique à la modélisation. Géochimie. Sorbonne Université, 2021. ⟨tel-03363518⟩
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