Unlocking the potential of hydrogen isotopes (δ2H) in tracing riverine particulate organic matter sources and dynamics
This study explores the efficacy of hydrogen isotopes in tracing the origins and dynamics of particulate organic matter (POM) in the Loire River, employing a novel dual vapor equilibration method to measure its nonexchangeable hydrogen (δ2Hn). By integrating δ2Hn with traditional carbon (δ13C) and nitrogen (δ15N) isotopes and C/N ratios of POM, we compared the ecological information using multivariate analyses. Fortnightly river sampling over three years showed seasonal patterns in the δ2Hn values of POM, highlighting two primary POM end-members: phytoplankton and terrestrial matter. Bayesian mixing models confirmed that using δ2Hn as a tracer effectively discriminated these riverine POM end-members, with phytoplankton predominating in spring-summer and terrestrial matter in winter. Redundancy analyses revealed the main environmental drivers of POM composition, identifying significant correlations between the POM sources, chlorophyll a, suspended particulate matter, and river discharge. Our findings demonstrate that δ2Hn, alone or combined with δ13C, δ15N or N/C ratio, provided a new robust tracer for POM source dynamics, thereby offering valuable insights into riverine biogeochemical cycles and ecosystem functioning. Our study underscores the novel potential of δ2Hn as a tool in environmental and ecological research, advocating for its broader application across various aquatic ecosystems to enhance our understanding of organic matter dynamics.
(Aquatic Sciences - Research Across Boundaries. vol. 87, n° 1015-1621, pp. 5, 24/10/2024)
UB, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, WasserCluster Lunz, BOKU
Perceived risks and its relation to bathing rate at a high energy surf beach in France
Background: despite the many benefits gained from contact with water, bathing in the ocean is a risky activity. To properly analyse these risks, beachgoers exposure is still a poorly understood component of the risk. In this study, we investigate the decision of beachgoers to enter the water at a high-energy supervised beach in southwest France, where strong rip currents and heavy shore-break waves can discourage beachgoers to enter the water. Methods: We estimated regression models based on a dataset which combine data on personal factors collected by means of an on-site survey (N=722) with marine and weather data collected at nearby stations. Results: The beachgoers global bathing risk perception is influenced by both environmental (i.e. wave height and wave period) and personal factors (i.e. beachgoer’s age, confidence in escaping from a rip current and drowning risk concerns in general). By comparison, insolation and outdoor temperature are the primary environmental factors influencing respondent decision. Tide level and wave height only affect bathing rate when the beachgoer's personal variables are not taken into account in the model. Self-assessment of swimming ability in the ocean and individual risk perception are the two statistically significant human predictors of bathing rate. When perceptions specific to rip currents and shore break risks are simultaneously introduced into the regression models, only rip current perceived risk has a significant influence on the bathing probability. Conclusion: Our results provide new avenues for communication by highlighting a number of beach safety issues still poorly understood by the general public. As regards risk forecasting, this research fills a gap by refining our ability to assess exposure by pinpointing the proportion of beachgoers who enter the water.
(18/10/2024)
UR ETTIS, INRAE, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Attitudes, perceived bathing risks and behaviours among recreational users at a high-energy beach in South-West France. A dataset containing human and environmental data, beachgoers and lifeguards assessments
The dataset provides data on beachgoers’ behaviours, attitudes and perceptions of coastal bathing risks at a high energy beach in South-West France. Data were collected from a face-to-face quantitative survey conducted at La Lette Blanche beach, during the lifeguard-patrolled summer period (July-August) 2022 from a sample of 722 visitors. Beachgoers were interviewed across various times of the day (i.e. morning or afternoon), on various days of the week (i.e. weekdays or weekends) and various marine and weather conditions. All respondents provided informed consent after reading a participant information form at the beginning of the survey. The survey was conducted in French or English and consisted of forty questions convering four main topics: (1) attitudes toward risk in general and concerns about risks in everyday life, including leisure and water based recreation context; (2) risk experience (participation in beach activities in general, visits at southwest France beaches, recreational activities, previous accidents); (3) visits to La Lette-Blanche beach at the time of the survey (attractiveness, bathing behaviour and perception of risks); (4) sources of information and preventive behaviours related to bathing risks. Respondents socio-demographic characteristics were collected at the beginning of the survey. At the same time, environmental data were collected by a nearby directional wave buoy, tide gauge and weather station, and an hourly estimate of rip current hazard, shore break wave hazard and of the total beach crowd during the patrolling hours has been provided by the chief lifeguard of the study beach. The dataset can be used to conduct quantitative analyses or to compare with others studies in the domain of beach safety research.
(Data in Brief. vol. 57, n° 2352-3409, pp. 111001, 17/10/2024)
UR ETTIS, INRAE, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, SMGBL
Bat guano in caves: a hig-resolution paleoenvironmental archive of climate change and anthropization
In recent years, with the development of research around biocorrosion in caves, the accumulations of bat guanos have appeared to constitute a new archive, both for documenting paleoenvironments and for identifying anthropogenic impacts on landscapes. To date, more than fifty cores have been taken in the southern half of France. Some of them concern piles of recent guano, only a few decades old, taken with the aim of evaluating the environmental archive that they represent by comparing them with climatic chronicles and the environmental context of the cavity and its surroundings. Other cores intersect fossil guanos which document variable periods : the beginning of the Holocene, some periods of the Upper Pleistocene and even the Middle Pleistocene. This dual approach makes it possible to offer the most relevant interpretations possible, taking into account the bias that the entire trophic chain may introduce or the impact of guano mineralization. Various analyzes are carried out on these cores. The very rich pollen information is coupled with isotopic analyzes and the search for molecular biomarkers in particular. The first results show that the paleoenvironmental signal is not only well transmitted to the guano but that it is also perfectly preserved. Indeed, sheltered from external weather conditions, in a stable environment with few modifications such as bioturbation for example, information is preserved in very good conditions for several thousand to several tens of thousands of years at least. The first results are encouraging and make it possible to clearly read some paleoenvironmental modifications or the main anthropogenic impacts. Concerning the latter, the opening of the Holocene oak forest and the introduction of cereals at the end of the Neolithic, the appearance of copper metallurgy in the Bronze Age but also the introduction of “exotic” species in the gardens in the contemporary period are clearly legible. Bat guanos therefore present enormous potential which is still largely underexploited. Karst regions, often quite poor in paleoenvironmental recorders, potentially contain, in each cavity that has hosted colonies, a proxy documenting, in an unprecedented way, a more or less long period of paleoenvironmental evolution. In addition, the information extracted from guanos is applicable to a geographical area of only a few tens of kilometers in radius while covering, at high resolution, several thousand years. We can therefore imagine what the study of these guanos will bring in the years to come and the resolution they can provide on a regional scale. In return, this information can provide a better understanding of the dynamics of bat populations over the long term as well as for the recent period. Studies on their DNA can in particular make it possible to monitor the replacement of species and correlate them with climatic variations or anthropogenic pressure. For recent periods, it will even be possible to identify chemical markers which could be directly or indirectly responsible for their rarefaction and therefore contribute to the safeguarding of biodiversity of which bats are an emblem.
(15/10/2024)
TRACES, EHESS, UT2J, Comue de Toulouse, MCC, Inrap, CNRS, EDYTEM, USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry], CNRS, Fédération OSUG, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, OASU, UB, INSU - CNRS, ULR, CNRS, INRAE, GEOTRAC, LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA, CRBE, IRD, UT3, Comue de Toulouse, CNRS, Toulouse INP, Comue de Toulouse
La Cyber-carothèque nationale : la collection dédiée aux prélévements stratigraphiques, sédimentaires : des métadonnées standardisées pour aller vers des écosytèmes de données ouvertes
La gestion des données constitue l’un des défis de la Science Ouverte de la prochaine décennie. Ceci est particulièrement important dans le domaine des Sciences de la Terre et de l’Environnement dans lequel la multiplication des échantillons de terrain et de mesures qui sont réalisées sur chacun d’entre eux, (DR1) conduit à une croissance exponentielle du nombre de données. Or, l’absence de systèmes d’information dédiés empêche de capitaliser sur cette grande richesse en reliant les données entre elles, notamment par des métadonnées riches et fiables. Dans cette contribution, nous présentons un système mis en production depuis 2017 afin de bancariser les informations de terrain collectées lors du prélèvements de carottes sédimentaires. Ce système tend à répondre au plus près des principes d’ouverture de la données F.A.I.R. et est constitué de deux modules opérationnels : i) le CoreBook, qui est une application mobile de collecte d’information sur le terrain sous Android, et ii) la Cyber-carothèque nationale (Base de données MySQL), qui est un portail d’import multi-institutionnels de consultation et de diffusion des données collectées. A ce duo sera rattaché un troisième module opérationnel en 2023, Collec-Science. Ce système de gestion de base de données (SGBD) est développé par l’INRAe de Bordeaux. Il permettra, par interopérabilité, de faciliter la gestion des stocks d’échantillons dans les entrepôts d’échantillons gérés par des laboratoires français. CoreBook est une application embarquée sur tablette Android qui apporte une plus-value en qualité lors des opérations de carottage sur le terrain, notamment les opérations complexes de carottages multi-sections et/ou multi-trous. Il est adapté à tout type de méthode de carottage (carottier russe, gravitaire, piston stationnaire, etc.). Que ce soit par une opération de synchronisation du Corebook, ou par l’import via un fichier d’inventaire respectant un format spécifique, ou par le flux de données entrant CSW (Ie IFREMER), les métadonnées de carottage sont ainsi capitalisées et tracées au niveau du portail national de la Cybercarothèque. Ainsi, chaque échantillon peut se voir attribuer un identifiant unique au format international IGSN, permettant de les identifier sans ambiguïté lors de citations dans des publications ou d’intégration dans des systèmes d’information tiers. Il s’agit là d’étapes préalables indispensables vers la bancarisation, la qualité, le partage et l’utilisabilité des données de qualité. ∗IntervenantEn prenant le problème de la gestion des données à la base, au niveau des opérations de terrain, le système CoreBook- Cyber-carothèque- Gestion d’échantillons fournit à la communauté scientifique nationale un socle solide pour aller vers des des bases de données tournées vers les données instrumentales. La Cyber-carothèque est accessible à l’adresse : www.cybercarotheque.fr, page sur laquelle figure le lien et les instructions pour créer le compte de son laboratoire et de ses utilisateurs, ses référentiels d’outils et télécharger l’application CoreBook.
(14/10/2024)
EDYTEM, USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry], CNRS, Fédération OSUG, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, DTI, INSU - CNRS, CNRS, OASU, UB, INSU - CNRS, ULR, CNRS, INRAE, INSU - CNRS, CNRS, UA, UM
Fonctionnement hydro-sédimentaire du littoral Nord-Médoc, trajectoires naturelles d’évolution à l’échelle séculaire et effets des modes de gestion
Le littoral Nord-Médoc (France), une côte sableuse couvrant 14,5 km de linéaire côtier et adjacente à l'embouchure estuarienne de la Gironde, est un exemple emblématique d'un littoral confronté à des évolutions rapides et complexes, couvrant une vaste gamme d'échelles spatio-temporelles et menaçant les infrastructures. Cette thèse se concentre sur la compréhension des évolutions morphologiques et hydrodynamiques de cette zone, en analysant les changements passés et récents à travers une approche multi-échelles et multi-sources pour caractériser quantitativement son fonctionnement hydro-sédimentaire. Une analyse historique couvrant plus de 80 ans révèle une forte variabilité spatio-temporelle du trait de côte, largement influencée par la dynamique de l'embouchure de la Gironde, notamment avec l’identification de deux événements majeurs d'accolement de bancs de sable. Les évolutions morphodynamiques récentes depuis le début du 21ème siècle montrent l'impact de la variabilité des climats de vagues sur les changements interannuels du trait de côte, superposant ainsi une dynamique externe (forçages externes tels que les vagues et la marée) à la dynamique interne de (liée au delta de jusant de l’embouchure adjacente). Les effets des modes de gestion sur les évolutions observées sont également discutés dans ce cadre spatio-temporel. Enfin, une campagne de mesures intensives réalisée en 2022 a permis de caractériser les contributions des vagues et des marées sur la circulation au niveau du littoral Nord-Médoc, tant en zone subtidale proche qu'en zone intertidale. Ces processus hydrodynamiques interagissent avec une bathymétrie complexe, générant une intensification des courants tidaux longitudinaux dans les chenaux, une transformation des vagues (réfraction, atténuation) modulée par les variations de hauteur d’eau et les courants induits par la marée, ainsi que la superposition des courants induits par les vagues avec les courants tidaux en zone intertidale.
(09/10/2024)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Differences in species composition between calcareous and siliceous herbaceous communities are primarily explained by competition in favourable climates
Difference in vegetation composition between communities from calcareous and siliceous soils might be due to high competition on siliceous soils for species from calcareous origin, and high rock-induced drought stress on calcareous soils for species from siliceous origin. We tested the hypothesis that, with increasing climate stress, competition should decrease on siliceous rock for species of calcareous origin and drought stress increase on calcareous rock for species of siliceous origin because of decreasing community biomass with increasing cold or drought stress. This question is of high interest for predicting changes in species distribution with climate change since bedrock type and climate change are both complex factors that are likely to interact with climate. We set up a transplant removal experiment in contrasting climate conditions of the south of France, warm and wet temperate, warm and dry Mediterranean, and cold temperate in the Alps and the Pyrenees. In each climate condition, three targets (two species and one population from a third species) from each origin were transplanted with and without neighbours on the two rock types and during two years with different levels of drought stress. Variation in the effects of neighbours and rock-induced drought stress on transplant survival with and without neighbours were analysed with linear modelling at each site, separately, and with ANCOVA in the whole design. Competition was the highest on siliceous rock in the more favourable climate conditions but for species of siliceous origin. The lower competition found for species of calcareous origin was likely due to the occurrence of allelopathic effects that decreased the negative effect of neighbours as measured with the removal method. The rock-induced drought stress was the highest on calcareous rock, in particular for species of siliceous origin. Thus, the decrease in competition intensity on siliceous rocks with increasing climate stress was more important for species from siliceous than calcareous origin. Additionally, the importance of the rock-induced drought stress was relatively low in the most stressful climate conditions as compared to the overwhelming importance of climate drought stress over the two years of our experiment, which likely induced a collapse of the positive effect of growing on a siliceous rock.
(Oikos. vol. 2025, n° 0030-1299, 06/10/2024)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, UB, Institute of Botany CAS, CAS
Processus physico-chimiques et impacts environnementaux des fuites de CO2 associé au CH4 lors d’un stockage géologique sur les hydrosystèmes carbonatés proche surface. Approche expérimentale in situ et en laboratoire
La prise de conscience de la communauté internationale et la convergence des données scientifiques autour du réchauffement climatique confirment l'urgence de déployer des technologies pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Cependant, ces gaz peuvent s'échapper des réservoirs géologiques profonds et migrer vers les aquifères sus-jacents et la surface. Il est donc nécessaire de mettre en place des systèmes de surveillance du stockage géologique du CO2 pour détecter ces éventuelles fuites et évaluer leur importance et leur impact sur la qualité de l'eau des aquifères. En cas de fuite dans le contexte de réservoirs utilisés pour le stockage du CO2, le CH4 résiduel du réservoir de stockage sera probablement entraîné avec le CO2. Cependant, peu d’études ont abordé les implications de la présence de CH4, et aucune son potentiel en tant que gaz précurseur permettant la surveillance des fuites d’un stockage géologique. L'étude des processus physico-chimiques et des impacts des fuites de CO2 associées au CH4 en cas de fuite sur un aquifère carbonaté proche de la surface nécessite une meilleure caractérisation des processus multi-échelles tels que la dissolution à l'échelle du réseau poreux ou le transport des panaches à l'échelle macroscopique. Les méthodes expérimentales et de modélisation utilisées individuellement donnent des réponses à des questions sur des processus particuliers, mais ces méthodes ont des limites si elles sont utilisées individuellement. Par conséquent, une approche hybride et multi-échelle est nécessaire. Le site expérimental de Saint-Émilion, avec huit forages déjà en place au niveau de l'aquifère de l'Oligocène supérieur, et les expériences passées portant sur les fuites sur les aquifères, offre une excellente opportunité pour une étude multi-échelle expérimentale et de modélisation. Dans cette thèse, l'impact des fuites a été étudié à l'échelle de la carotte en laboratoire, plus spécifiquement sur la compréhension des facteurs contrôlant les processus de dissolution tels que les faciès sédimentaires carbonatés, la vitesse de la nappe, la salinité et de la concentration de CO2. À l'échelle macroscopique, une expérience d'injection d'eau riche en CO2-CH4 a été menée sur le site de Saint-Émilion pour mieux comprendre le comportement physico-chimique du CO2 et du CH4 dans l'aquifère carbonaté. Enfin, les résultats expérimentaux ont été utilisés pour la simulation 3D du transport réactif lors d'un événement de fuite, avec le but de vérifier les résultats expérimentaux et d'étudier les processus de fuite à l'échelle macroscopique dans diverses conditions. Des relations ont été établies entre la cinétique de dissolution des carbonates, la concentration de CO2, le débit d'injection et la salinité. Des liens entre la cinétique de dissolution et l'évolution de la porosité, de la perméabilité, des paramètres électriques et le type de faciès sédimentaire ont été déterminés. L'expérience d'injection sur le site de Saint-Émilion a révélé que : i) certains paramètres physico-chimiques permettent de distinguer la fuite des gaz du signal physico-chimique naturel de l’aquifère ; ii) le déplacement du panache de CO2 est retardé par rapport au déplacement du panache de CH4 ; et iii) la corrélation entre la conductivité électrique et la concentration en CO2 permet de détecter et de suivre une fuite de CO2. De plus, l'approche par modélisation numérique du transport réactif nous a permis d'étudier comment les paramètres de la fuite peuvent modifier la propagation des panaches de CO2 et de CH4 en trois dimensions dans les milieux poreux. La modélisation a également permis d’établir l'influence des interactions de surface sur le transport du CO2 et du CH4. Ces résultats influent directement sur l'élaboration de stratégies efficaces de surveillance et d'atténuation des fuites de CO2 et de CH4 dans les sites de stockage géologique.
(04/10/2024)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Trajectory, fate, and magnitude of continental microplastic loads to the inner shelf: A case study of the world's largest coastal shallow lagoon
The Patos Lagoon estuary is a highly significant ecosystem where freshwater from a vast and densely populated area continuously flows into the Atlantic Ocean by coastal plumes, exporting not only freshwater but also sediment, nutrients, plastics, and other contaminants. In this work, numerical modeling tools together with field data were used to assess for the first time the capacity of the coastal plume to export microplastics (MPs) to the inner shelf under different hydrodynamic conditions. Two field surveys were conducted during plume events to quantify MP concentrations and validate the model approach. A bottom-up approach was employed to estimate the potential MP export from the estuary's domain to the Atlantic Ocean. MP concentration in surface plume waters ranged from 0.20 items m−3 to 1.37 items m−3, confirmed by FTIR as synthetic polymers in a 90 %, being Polypropylene (PP) and Polyethylene (PE) the most abundant in a 73 %. The accumulation pattern was observed on the plume's frontal system, consistent with simulation results. The estimated average MP potential export rate attained 9.0 million items day−1 during moderate plume events and 47.5 million items day−1 during high discharge plume events. Strong discharge events, coupled with intense northeast winds, facilitated rapid southwestward export of MPs. Conversely, moderate to weak discharge events retained MPs closer to the estuary's mouth, enabling either longer trajectories or earlier deposition. Significant MP accumulation hotspots were identified in the gyre between the jetties and Cassino beach, as well as in the saline front within the plume boundaries. These accumulation zones may function as reservoirs for MP particles, potentially posing threats to local ecosystems. Understanding these dynamics is crucial for ongoing monitoring efforts to assess potential harmful interactions over time.
(Science of the Total Environment. vol. 948, n° 0048-9697, pp. 174791, 01/10/2024)
INRAE, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Physicochemical behavior and impact of CO2 and CH4 plumes during gas-rich water leakage in a shallow carbonate freshwater aquifer
Carbon capture and storage (CCS) is a promising technology for reducing CO2 emissions. Significant concerns have emerged about the potential leakage of CO2 into shallow aquifers, highlighting the risk to water quality and environmental safety. This underscores the importance of finding monitoring tools suitable for different geological scenarios. If leakage occurs in the context of depleted reservoirs being used for CO2 storage, residual CH4 from the storage complex will likely be entrained together with CO2. However, few studies have addressed the implications of CH4 presence and its potential as a monitoring parameter during CO2 leakage. To address this gap, we simulated a leakage event by injecting water enriched with CO2 and CH4 into a shallow limestone aquifer. The impact of the injection was monitored using a combination of laboratory measurements on water samples and in-situ sensors located downstream from the injection well. All parameters were affected by the simulated leakage. Some monitoring tools allowed us to differentiate the leakage event from natural variations. A key finding of this study was that at 7 m from the injection well, the CH4 breakthrough occurred roughly one day before the CO2 breakthrough, highlighting the potential of CH4 as an early indicator of CO2 leakage and suggesting interesting prospectives for industrial-scale sites. However, further research is needed to confirm the potential of CH4 as a CO2 leakage indicator at industrial scales, due to potential methane oxidation and loss of the signal with longer times and distances. This study contributes to a better understanding of the potential risks and effective monitoring strategies associated with CO2-CH4 leakage in carbonate aquifers.
(Applied Geochemistry. vol. 172, n° 0883-2927, pp. 106122, 01/10/2024)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, IFPEN