Thèse Marion Chapalain (nov 2015 - nov 2018)

Sujet : Dynamique des matières en suspension en mer côtière : caractérisation, quantification et interaction sédiment/matière organique

Contexte

Les matières en suspension (MES) constituent les éléments clés d’un écosystème, à la fois acteur majeur des transferts sédimentaires et de la dynamique des habitats benthiques, vecteur de contaminants chimiques, organiques ou métalliques. En mer côtière, à l’interface entre estuaire et baie, de forts gradients de turbidités sont observés. La connaissance de la dynamique des MES et des turbidités associées en milieu côtier, en lien avec les principaux forçages et leur évolution est également à l’intersection des descripteurs 6 (intégrité des fonds marins) et 7 (conditions hydrographiques) de la DCSMM. Elle est associée à de nombreux verrous scientifiques et méthodologiques, en lien direct avec la construction d’indicateurs et la mise en œuvre de méthodologie adaptée au programme de surveillance. Ces thématiques sont abordées au sein du projet INDI67 et d’un partenariat tripartite entre l’Ifremer, RBINS et l’Université de Louvain.

Les MES sont principalement transportées sous forme de flocs, agrégats de matière minérale et organique, même si du sable peut être remis en suspension de manière épisodique. La dynamique des MES est régie par des forçages physiques et hydrologiques tels que les courants de marée, les tempêtes, le débit de la rivière, mais aussi la variabilité saisonnière du contenu en MO (associé aux blooms de phytoplancton). Tous ces paramètres contribuent à moduler le processus de floculation/défloculation et donc les caractéristiques (taille, densité) des flocs. Le rôle de la MO dans la dynamique des MES soulève encore de nombreuses questions, notamment la compréhension de la contribution du phytoplancton et des polysaccharides extracellulaires ou substance exopolymériques (ExoPolymeric Substances : EPS) et des particules organiques TEP (Transparent Exopolymer Particles).

Un défi méthodologique est également associé avec la variabilité des MES, c’est-à-dire leur implication dans la méthode de quantification des MES. En mer côtière, des réseaux de surveillance sur le long-terme sont de plus en plus déployés. Ces systèmes sont basés sur des mesures indirectes par des instruments optiques et/ou acoustiques mais ces techniques reposent sur les propriétés inhérentes des particules. Par conséquent, la variabilité des MES peut influencer les propriétés inhérentes et impacter la qualité des mesures et les incertitudes associées.

Objectifs et méthodes 

L’objectif de ce projet doctoral est d’étudier la variabilité spatiale et temporelle des caractéristiques des MES à l’interface entre estuaire et baie de Seine, et d’identifier le lien entre caractéristiques (taille, forme, densité) et nature (contenu en MO) des MES.

Cet objectif se décompose en trois axes (Fig. 1) :

Pour répondre à la problématique, six campagnes en mer ont été réalisées en 2016 au sein du panache de la Seine et de la baie de Seine (TURBISEINE). Ces campagnes consistaient à réaliser des observations et des échantillons à partir d’un navire sur un cycle de marée de 12h le long du cycle annuel (avec une campagne environ tous les deux mois, principalement des marées de vive-eau) à deux stations fixes : La Carosse (LC, désignée par le point D4 sur la figure), située à l’embouchure de l’estuaire dans le panache, et BS1, située plus au large (Fig. 2).

Les premiers résultats à la station LC montrent que la dynamique des MES à l’échelle de la marée peut être divisé en trois compartiments en utilisant des paramètres hydrologiques tels que la concentration en MES et la salinité : le panache de surface issu de la rivière au cours de la basse mer, les eaux du large au cours de la pleine mer et la remise en suspension de sédiments proches du fond au cours du flot et du jusant (Fig. 3). 

Perspectives

Superposé au cycle hydrologique, une variabilité saisonnière du contenu en MO est observée, atteignant des valeurs supérieures à 50% au cours du printemps et de l’été et inférieures à 20% le reste de l’année, avec la présence d’un bloom très marqué au cours du mois de juillet. Cette variabilité saisonnière du contenu en MO est susceptible de moduler les caractéristiques des MES, et les analyses seront approfondies à partir du jeu de données collecté. Quatre campagnes seront menées en 2017 (campagnes PHRESQUES) afin d’analyser la variabilité interannuelle. Ces campagnes de mesure à court-terme seront également utilisées pour calibrer les mesures optiques et acoustiques à long-terme obtenues à partir de l’observatoire côtier (la bouée D4) déployé au printemps 2015.