Caractérisation et rôle respectif des apports organiques amont et locaux sur l'oxygénation des eaux de la Garonne estuarienne
L’estuaire de la Gironde est le plus grand estuaire macrotidal d’Europe formé par la confluence de la Garonne (où se situe l’agglomération de Bordeaux) et de la Dordogne. L’une de ses principales caractéristiques est la présence d’une zone à forte turbidité (bouchon vaseux) où les processus hétérotrophes (dégradation de la matière organique) sont favorisés et où au contraire les processus autotrophes (production primaire) sont limités par le manque de lumière. Ainsi, des déficits en oxygène pouvant être préjudiciables à la vie aquatique se développent systématiquement dans la zone du bouchon vaseux de la Garonne estuarienne. Ces préoccupations environnementales ont donc conduit à étudier en détail dans le cadre de ce travail de doctorat, les facteurs environnementaux qui provoquent ces hypoxies estuariennes. Dans un premier temps, j’ai réalisé un suivi sur le réseau d’eaux urbaines partiellement séparatif et unitaire de la Communauté Urbaine de Bordeaux, de ses stations d’épurations et déversoirs d’orage afin d’appréhender les apports urbains de matières organique et azotées et de les comparer à ceux en provenance du bassin versant amont. Bien que les deux stations d’épuration réalisent des abattements très significatifs sur la matière organique et l’ammonium, il s’avère que les flux vers le milieu naturel restent importants, notamment durant les périodes estivales, pendant lesquelles des orages peuvent engendrer des déversements d’effluents non traités. Ensuite, des expériences d’incubations ont permis de mettre en évidence le caractère fortement labile de cette matière organique urbaine. Le carbone organique dissous et l’ammonium, contenus dans les eaux usées, sont des composés fortement consommateurs en oxygène. Des expériences de respirométrie ont également permis d’estimer les taux de consommation en oxygène nettement plus importants dans les effluents urbains que dans les eaux de la Gironde. Enfin, l’analyse des données du réseau de mesures en continu de la qualité physico-chimique des eaux MAGEST (MArel Gironde ESTuaire) a démontré que l’estuaire subit dans sa section garonnaise des périodes d’hypoxie lors d’étiages prononcés, la masse d’eau la plus affectée par ces désoxygénations étant celle qui oscille aux alentours de l’agglomération de Bordeaux. Si ces résultats démontrent l’impact significatif de l’agglomération Bordelaise, le traitement statistique des données MAGEST pour la période 2005-2011 montre que les phénomènes de désoxygénation sont accrus en période d’étiage prononcé, en présence du bouchon vaseux et lorsque la température de l’eau est élevée. Dans ces conditions, l’oxygène dissous, déjà présent en faible quantité, peut être rapidement consommé lors d’apports supplémentaires d’eaux urbaines non traitées qui ont lieu pendant de fortes précipitations orageuses. Ce travail démontre également que le type de traitement biologique des eaux usées employé par les stations d’épuration et les capacités de stockage temporaire d’eaux d’orages ont un rôle critique sur les bilans de ces composés rejetés dans le milieu naturel. Enfin, ce travail permet de proposer aux gestionnaires des stratégies de rejets des effluents à court et moyen terme, en fonction des conditions hydrologiques et physico-chimiques du milieu, dans le but de limiter leur impact sur l’oxygénation des eaux estuariennes de la Garonne.
(16/07/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Environmental factors contributing to the development of brown muscle disease and perkinsosis in Manila clams (Ruditapes philippinarum) and trematodiasis in cockles (Cerastoderma edule) of Arcachon Bay
The aim of the present study was to identify environmental factors that could explain the distribution of different pathologies of commercially exploited intertidal bivalves in an Atlantic lagoon, Arcachon Bay. In particular, the role of the salinity gradient as a driver was explored. The Manila clam Ruditapes philippinarum experienced two severe pathologies, perkinsosis, which is due to a protozoan parasite, and brown muscle disease (BMD), the etiological agent of which remains unknown. Perkinsus olseni infection was very low in a small low-salinity area but, at the scale of the entire lagoon, was more influenced by organic matter content in the sediment and by emersion time. BMD prevalence was also 2.6 times higher in the higher organic content area but was also negatively correlated with salinity. The sympatric cockle (Cerastoderma edule) was affected by eight trematode species. These parasites have a complex life cycle that generally involves three free-living host species. The distribution of the different trematode communities was rather patchy within Arcachon Bay with no clear relationship with measured environmental factors. The dominance of particular trematode species could be due to the presence of other hosts involved in their life cycle, making it more difficult to detect a major environmental driver. This survey demonstrated that salinity is not a major factor explaining disease distribution in this temperate lagoon. This result has consequences for the research of 'refuge areas' (free of diseases) or 'hot spots' (heavy infection) for species of high economic value.
(Marine Ecology. vol. 35, n° 0173-9565, pp. 67-77, 08/07/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Holocene climate variations in the western Antarctic Peninsula: evidence for sea ice extent predominantly controlled by changes in insolation and ENSO variability
The West Antarctic ice sheet is particularly sensitive to global warming and its evolution and impact on global climate over the next few decades remains difficult to predict. In this context, investigating past sea ice conditions around Antarctica is of primary importance. Here, we document changes in sea ice presence, upper water column temperatures (0-200 m) and primary productivity over the last 9000 yr BP (before present) in the western Antarctic Peninsula (WAP) margin from a sedimentary core collected in the Palmer Deep Basin. Employing a multi-proxy approach, based on the combination of two biomarkers proxies (highly branched isoprenoid (HBI) alkenes for sea ice and TEX86L for temperature) and micropaleontological data (diatom assemblages), we derived new Holocene records of sea ice conditions and upper water column temperatures. The early Holocene (9000-7000 yr BP) was characterized by a cooling phase with a short sea ice season. During the mid-Holocene (~7000-3800 yr BP), local climate evolved towards slightly colder conditions and a prominent extension of the sea ice season occurred, promoting a favorable environment for intensive diatom growth. The late Holocene (the last ~2100 yr) was characterized by warmer temperatures and increased sea ice presence, accompanied by reduced local primary productivity, likely in response to a shorter growing season compared to the early or mid-Holocene. The gradual increase in annual sea ice duration over the last 7000 yr might have been influenced by decreasing mean annual and spring insolation, despite increasing summer insolation. We postulate that, in addition to precessional changes in insolation, seasonal variability, via changes in the strength of the circumpolar Westerlies and upwelling activity, was further amplified by the increasing frequency/amplitude of the El Niño-Southern Oscillation (ENSO). However, between 3800 and 2100 yr BP, the lack of correlation between ENSO and climate variability in the WAP suggests that other climatic factors might have been more important in controlling WAP climate at this time.
(Climate of the Past. vol. 9, n° 1814-9324, pp. 1431-1446, 01/07/2013)
LOCEAN, IPSL, ENS-PSL, PSL, UVSQ, UPMC, CEA, INSU - CNRS, X, IP Paris, CNES, CNRS, MNHN, IRD, UPMC, INSU - CNRS, CNRS, NIOZ, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Innovative 4G mobile phone LDS antenna module using plastronics integration scheme
(pp. 2217-2218, 01/07/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Use of passive samplers (POCIS and SPMD) for chemical and biological monitoring of wastewater advanced treatments
One of the main objective of the ECHIBIOTEB program (Innovating tools for sampling, chemical and biological analyses for the diagnostic of wastewater advanced treatments and sludge treatments, 2011-2014, financed by the French National Research Agency, coordinated by Irstea) is to study some advanced processes such as ozonation (O3) or Granular Activated Carbon (GAC) as example used to treat wastewaters in tertiary stage of wastewater treatment plants (WWTP). The challenges when studying such processes is first to be able to measure organic micropollutants at very low concentrations (sub ng/L level) and second to link the occurrence of contaminants to adverse biological effects. To achieve these goals, 2 strategies were combined: i) targeted chemical analyses on passive sampler (PS) extracts vs. water grab samples, and ii) biological analyses on the same PS extracts and water grab samples. Targeted chemical analyses were performed on POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) extracts for 119 hydrophilic compounds belonging to pharmaceutical, hormone, pesticide and alkylphenol classes and on SPMD (Semi-Permeable Membrane Device) extracts for 46 lipophilic compounds belonging to chlorine pesticides, PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon), PCB (PolyChloroBiphenyl), PBDE (PolyBrominated DiphenylEthers) classes. PS extracts were also tested with in vitro bioassays using cell lines with different reporter genes or in order to evaluate oestrogenic and androgenic activities, HAP-like and dioxin-like disruptions and geno- and cytotoxicity. Two one-month-long sampling campaigns were carried out in a same WWTP (Normandie, France) using activated sludge and sand filter as secondary treatment. In the first one, conducted from September 20th to October 18th 2011, ozonation followed by GAC were studied as tertiary treatment. In the second one, from March 13th to April 10th 2012, we focused on ozonation process only. In both campaigns, POCIS were exposed in water during 14 days and SPMD during 28 days. In order to be able to compare these 2 campaigns and the molecule concentrations upstream and downstream the tertiary treatment, POCIS and SPMD were always immersed in an aquarium in the same controlled experimental conditions of flow (280 mL/min), temperature (20° C) and light. To insure quality of data, POCIS and SPMD were exposed in triplicate and field blanks were realized (i.e. PS exposed to the ambient air). In parallel, 2h composite water samples were collected at D0, D14 and D28. The average sampling time of 2h is reliable considering the water residence time in the secondary treatment. As examples of results concerning the use of POCIS to characterize the O3 + GAC process: By comparing the cumulated concentrations in POCIS, the O3 + GAC process was shown efficient to eliminate some organic micropollutants. Indeed, -blockers and more generally pharmaceuticals were very well removed with a concentration in the effluent a thousand times smaller than in the influent. The conclusions were the same with grab sampling. Moreover, the contamination profiles (or fingerprint) were compared between PS and grab sampling. As example, in case of -blockers they are equivalent. We have also compared the time weighted average concentration obtained with POCIS, with water concentrations from grab sampling. POCIS sampling also allowed to decrease limits of detection in tertiary effluent for some molecules. Indeed, 7 compounds were detected in POCIS extracts and not in grab water samples. As example atenolol, sotalol, propranolol, metoprolol, nordiazepam, amitryptilline and alprazolam were detected in POCIS extracts downstream the tertiary treatment and clenbuterol, gemfibrozil, imipramine and doxepine were detected in POCIS extracts upstream the process. As a consequence, POCIS appeared as an interesting tool to characterize tertiary stages of WWTPs with analysis of organic micropollutants at very low concentrations, near the ng/L range. From the biological point of view, oestrogenic, anti-androgenic as well as HAP-like and dioxin-like disruptions were observed in POCIS exposed before the O3 + GAC process. No more biological activity was detected in these POCIS exposed after the process. These biological results matched with the decrease of contaminant concentrations up and downstream the process. Both chemical and biological analyses were in accordance and revealed a good efficiency of the O3 + GAC advance treatment process.
(pp. 1, 27/06/2013)
UR MALY, IRSTEA, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, INERIS, ESE, UP11, CNRS
Les petits pélagiques dans l'estuaire de la Gironde : 30 ans de suivi d'abondance face à 30 ans de changements globaux
Les conséquences écologiques du changement global (changement climatique + pressions anthropiques) ont été montrées pour les communautés écologiques de l'estuaire de la Gironde dans plusieurs études récentes. La marinisation et le réchauffement de l'eau, principaux effets, entrainent de profondes modifications dans la structure et la dynamique des communautés ichtyologiques. Cependant, ces récentes études sur les poissons notamment, n'ont pas explicitement montré le lien entre les facteurs environnementaux et les réponses des communautés. Objectifs : caractériser explicitement les modifications de structure et de dynamique temporelle des poissons pélagiques et le lien avec les facteurs environnementaux.
(pp. 1, 19/06/2013)
UR EPBX, IRSTEA, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Removal efficiency of micropollutants from mass balances in sludge biological and thermal treatment facilities
Removal efficiency of micropollutants from mass balances in sludge biological and thermal treatment facilities.
(pp. 1, 16/06/2013)
UR MALY, IRSTEA, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Évolution à long terme de l'écosystème estuarien de la Gironde
Les estuaires font partie des écosystèmes les plus productifs de la planète. Ils constituent une zone d'importants échanges de matières et jouent à ce titre un rôle capital pour les cycles biogéochimiques. Du fait de leur position à l'interface entre domaines continental et marin, ils sont également un lieu de passage obligatoire pour de nombreuses espèces de poissons migrateurs ou encore de nourricerie et de refuge. Ces systèmes sont contraints par de nombreuses pressions de natures diverses dont certaines en lien avec les activités humaines locales (p. ex. pêcheries, transport maritime, dragages, pollutions accrues, etc.). Ces altérations viennent s'ajouter à la variabilité intrinsèque de ces systèmes naturellement complexes (variabilité spatio-temporelle de différents facteurs environnementaux ; c.-à-d. température, salinité, turbidité, etc.). Toutefois, une intensification de ces d'altérations, dont une partie est associée à la composante climatique des changements globaux, est observée depuis ces dernières décennies. Ces modifications avérées et leurs incidences sur les communautés biologiques constituent un enjeu en matière de gestion des écosystèmes estuariens. Cependant, par manque de chroniques de données continues suffisamment longues, peu d'études sur l’évolution à long terme de systèmes estuariens ont été réalisées à ce jour. Pour mes travaux, j'ai eu à ma disposition un ensemble de chroniques uniques - acquises depuis 35 ans - associées à plusieurs suivis écologiques de l'estuaire de la Gironde (notre site atelier). L'objectif général de cette thèse est de caractériser l’évolution globale du système dans son ensemble (physico-chimie et biologie) et d'identifier les forçages impliqués. L’originalité de ces travaux, par rapport aux études spécifiques déjà menées, consiste à analyser l’évolution de l’ensemble des descripteurs caractéristiques du fonctionnement d'un système modèle et de qualifier la part relative aux forçages globaux. L'étude des séries chronologiques, via une approche end-to-end basée sur des analyses multivariées, permet d'identifier deux changements abrupts d'état de l'écosystème de l'estuaire de la Gironde, associés à des fluctuations hydroclimatiques à large échelle (bassin Atlantique nord) mais aussi à une échelle plus locale (estuaire). Des hypothèses relatives aux possibles mécanismes impliqués, reliant les altérations climatiques à large échelle aux altérations observées à l'échelle des communautés biologiques estuariennes, sont discutées. Un deuxième volet de la thèse, au travers d’une approche modélisatrice basée sur le concept de niche d'Hutchinson, permet d'identifier un changement de répartition spatiale, longitudinale, des populations de copépodes estuariennes en réponse au réchauffement des masses d'eau et à la marinisation de l'estuaire. Enfin un troisième volet de mes travaux s'est consacré à l'étude spécifique d'une espèce de copépode invasive : Acartia tonsa. Suivant une double approche modélisatrice permettant d'estimer à la fois les niches fondamentale et réalisée de l'espèce, ces travaux illustrent l'importance relative des changements climatiques qui ont facilité la colonisation et l'essor de cette espèce dans l'estuaire.
(14/06/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Southern Hemisphere imprint for Indo-Asian summer monsoons during the last glacial period as revealed by Arabian Sea productivity records
Abstract. The monsoon is one of the most important climatic phenomena: it promotes inter-hemispheric exchange of energy and affects the economical prosperity of several countries exposed to its seasonal seesaw. Previous studies in both the Indian and Asian monsoon systems have generally suggested a dominant northern hemispheric (NH) control on summer monsoon dynamics at the scale of suborbital–millennial climatic changes, while the forcing/response of Indian and Asian monsoons at the orbital scale remains a matter of debate. Here, six marine sediment cores distributed across the whole Arabian Sea are used to build a regional surface marine productivity signal. The productivity signal is driven by the intensity of Indian summer monsoon winds. Our results demonstrate the existence of an imprint of suborbital southern hemispheric (SH) temperature changes (i.e. Antarctica) on the Indian summer monsoon during the last glacial period that is generally not recognized. During the last deglaciation, the NH played a more significant role. This suggests that fluctuations in the Indian monsoon are better explained in a bipolar context. The δ18O signal recorded in the Asian monsoon speleothem records could be exported by winds from the Indian summer monsoon region, as recently proposed in modelling exercise, explaining the SH signature observed in Asian cave speleothems. Contrary to the view of a passive response of Indian and Asian monsoons to NH anomalies, the present results appear to suggest that the Indo-Asian summer monsoon plays an active role in amplifying millennial inter-hemispheric asymmetric patterns. Additionally, this study confirms previously observed differences between Indian and Asian speleothem monsoonal records at the orbital-precession scale.
(Biogeosciences. vol. 10, n° 1726-4170, pp. 7347–7359, 11/06/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, UWA, SHOM, IFPEN, IFPEN
Morphological evolution of Cap Lopez Canyon (Gabon): Illustration of lateral migration processes of a submarine canyon
Comparison of bathymetric data on short time scales (1959-2008) is used to provide new insights into the modem sedimentary dynamics of the Cap Lopez Canyon (Gabon, West Africa). The canyon head evolution is characterized by a north-eastward lateral migration of similar to 180 m between 1959 and 2008. The evolution of the coastline position over the same period highlights the strong relationship between the probable increase of the longshore transport related to the smoothing of the coast and the morphological evolution of the canyon head. Lateral migration of the thalweg from the inner bend to the outer bend is estimated between 77 and 190 m (or between 1.6 and 3.8 m/year), leading to an increase of the sinuosity (from 1-1.5 in 1959 to 13-3.6 in 2008). The migration of the thalweg is associated with strong erosion on the outer bends (up to 60 m) and sediment deposition on the inner bends (up to 25 m). Both the absence of overbank deposits and the developing point-bar morphology may reflect that equilibrium flows are the most frequent flows encountered in the Cap Lopez Canyon. Although erosion of the outer bends is the result of slope failures and steady erosional processes, our study suggests that erosion related to the transit of sediment gravity flows would be the predominant process.
(Marine Geology. vol. 340, n° 0025-3227, pp. 49-56, 01/06/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS