Modélisation de la dynamique de l'oxygène dissous dans l'estuaire de la Gironde
L’estuaire de la Gironde est sujet à des épisodes d’hypoxie très marqués en été dans la Garonne estuarienne autour de Bordeaux, lorsque le bouchon vaseux y est très concentré, le débit fluvial faible et la température élevée. Les observations indiquent que la diminution des concentrations en oxygène est liée à la combinaison des facteurs naturels (apports par le bassin versant et hydrodynamique sédimentaire) et anthropiques (rejets d’eaux urbaines partiellement traitées). Afin de quantifier les mécanismes contrôlant les variations temporelles et spatiales de l’oxygène dissous, un modèle biogéochimique a été couplé à un modèle hydro-sédimentaire à 3D, capable de simuler le transport des variables dissoutes et particulaires, les réactions consommant l’oxygène, et la ré-aération par l’atmosphère. Le modèle biogéochimique reproduit bien les variations d’oxygène dans la Garonne à Bordeaux à l’échelle saisonnière et lunaire et permet de quantifier les contributions relatives des rejets urbains et des apports du bassin versant à la consommation en oxygène. Utilisé pour simuler des conditions futures (d’ici à 50 ans), le modèle indique que les phénomènes d’hypoxie estivale ont tendance à s’amplifier dans la Garonne estuarienne du fait de l’augmentation de la température de l’eau, de la diminution des débits fluviaux et de l’augmentation de la population dans l’agglomération bordelaise. Les simulations de différents scenarii de gestion indiquent que des soutiens d’étiage, une amélioration du traitement des eaux urbaines et éventuellement un transfert des rejets vers l’aval seraient nécessaires pour éviter une altération drastique de la qualité du milieu aquatique.
(06/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Modélisation de la dynamique de l'oxygène dissous dans l'estuaire de la Gironde
L’estuaire de la Gironde est sujet à des épisodes d’hypoxie très marqués en été dans la Garonne estuarienne autour de Bordeaux, lorsque le bouchon vaseux y est très concentré, le débit fluvial faible et la température élevée. Les observations indiquent que la diminution des concentrations en oxygène est liée à la combinaison des facteurs naturels (apports par le bassin versant et hydrodynamique sédimentaire) et anthropiques (rejets d’eaux urbaines partiellement traitées). Afin de quantifier les mécanismes contrôlant les variations temporelles et spatiales de l’oxygène dissous, un modèle biogéochimique a été couplé à un modèle hydro-sédimentaire à 3D, capable de simuler le transport des variables dissoutes et particulaires, les réactions consommant l’oxygène, et la ré-aération par l’atmosphère. Le modèle biogéochimique reproduit bien les variations d’oxygène dans la Garonne à Bordeaux à l’échelle saisonnière et lunaire et permet de quantifier les contributions relatives des rejets urbains et des apports du bassin versant à la consommation en oxygène. Utilisé pour simuler des conditions futures (d’ici à 50 ans), le modèle indique que les phénomènes d’hypoxie estivale ont tendance à s’amplifier dans la Garonne estuarienne du fait de l’augmentation de la température de l’eau, de la diminution des débits fluviaux et de l’augmentation de la population dans l’agglomération bordelaise. Les simulations de différents scenarii de gestion indiquent que des soutiens d’étiage, une amélioration du traitement des eaux urbaines et éventuellement un transfert des rejets vers l’aval seraient nécessaires pour éviter une altération drastique de la qualité du milieu aquatique.
(06/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Rencontre avec le thème 4 de la Zone Atelier Brest Iroise "Dynamiques d'implantations humaines et paléoenvironnements
(05/12/2016)
LDO, INSU - CNRS, UBO EPE, CNRS
Rip current types, circulation and hazard
Rip currents are narrow and concentrated seaward-directed flows that extend from close to the shoreline, through the surf zone, and varying distances beyond. Rip currents are ubiquitous on wave-exposed coasts. Each year they cause hundreds of drowning deaths and tens of thousands of rescues on beaches worldwide and are therefore the leading deadly hazard to recreational beach users. The broad definition above masks considerable natural variability in terms of rip current occurrence in time and space, flow characteristics and behaviour. In particular, surf-zone rip currents have long been perceived as narrow flows extending well beyond the breakers, flushing out the surf zone at a high rate ('exit flow' circulation regime), while more recent studies have shown that rip flow patterns can consist of quasi-steady semi-enclosed vortices retaining most of the floating material within the surf zone ('circulatory flow' circulation regime). Building upon a growing body of rip current literature involving numerical modelling and theory together with emergence of dense Lagrangian field measurements, we develop a robust rip current type classification that provides a relevant framework to understand the primary morphological and hydrodynamic parameters controlling surf-zone rip current occurrence and dynamics. Three broad categories of rip current types are described based on the dominant controlling forcing mechanism. Each category is further divided into two types owing to different physical driving mechanisms for a total of six fundamentally different rip current types: hydrodynamically-controlled (1) shear instability rips and (2) flash rips, which are transient in both time and space and occur on alongshore-uniform beaches; bathymetrically-controlled (3) channel rips and (4) focused rips, which occur at relatively fixed locations and are driven by hydrodynamic processes forced by natural alongshore variability of the morphology in both the surf zone and inner shelf zone; and boundary-controlled (5) deflection rips and (6) shadow rips, which flow against rigid lateral boundaries such as natural headlands or anthropogenic structures. For each rip current type, flow response to changes in hydrodynamic and morphologic forcing magnitude is examined in regard to velocity modulation and changes in circulation regime, providing key force-response relationships of rip currents. We also demonstrate that in the real world, rip currents form through a mixture of driving mechanisms and the discrete rip types defined in fact form key elements in a wide and complex spectrum of rip currents on natural beaches. It is anticipated that this rip current type classification will serve as a resource for coastal scientists and non-specialists with an interest in the rip current hazard, and as a platform for future rip current studies. Finally, we suggest some important future research directions highlighting the need for coastal and beach safety communities to collaborate in order to improve rip current education and awareness.
(Earth-Science Reviews. vol. 163, n° 0012-8252, pp. 1-21, 01/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Spatial distribution of trace elements in the surface sediments of a major European estuary (Loire Estuary, France): Source identification and evaluation of anthropogenic contribution
Assessing the extent of metal contamination in estuarine surface sediments is hampered by the high heterogeneity of sediment characteristics, the spatial variability of trace element sources, sedimentary dynamics and geochemical processes in addition to the need of accurate reference values for deciphering natural to anthropogenic contribution. Based on 285 surface sediment samples from the Loire Estuary, the first high-resolution spatial distributions are presented for grain-size, particulate organic carbon (POC) and the eight metals/metalloids identified as priority contaminants (Cd, Zn, Pb, Cu, As, Cr, Ni, Hg) plus Ag (an urban tracer). Grain-size and/or POC are major factors controlling the spatial distribution of trace element concentrations. The V-normalized trace metal concentrations divided by the V-normalized concentrations in the basin geochemical background showed the highest Enrichment Factors for Ag and Hg (EF; up to 34 and 140, respectively). These results suggest a severe contamination in the Loire Estuary for both elements. Intra-estuarine Ag and Hg anomalies were identified by comparison between respective normalized concentrations in the Loire Estuary surface sediments and those measured in the surface sediments at the outlet of the Loire River System (watershed-derived). Anthropogenic intra-estuarine Ag and Hg stocks in the uppermost centimetre of the sediment compared with rough annual fluvial flux estimates suggest that the overall strong Enrichment Factors for Ag (EFAg) and and Hg (EFHg) in the Loire Estuary sediments are mainly due to watershed-derived inputs, highlighting the need of high temporal hydro-geochemical monitoring to establish reliable incoming fluxes. Significant correlations obtained between EFCd and EFAg, EFCu and POC and EFHg and POC revealed common behavior and/or sources. Comparison of trace element concentrations with ecotoxicological indices (Sediment Quality Guidelines) provides first standardized information on the sediment quality in the Loire Estuary. The overall mean Effect Range Median quotients (m-ERM-q) results suggested that the Loire Estuary is mainly characterized by slightly toxic sediments even if ecotoxicological impacts have been previously reported on biota.
(Journal of Sea Research (JSR). vol. 118, n° 1385-1101, pp. 77-91, 01/12/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, LIENSs, INSU - CNRS, ULR, CNRS, GéHCO, UT, LPG-ANGERS, LPG, UA, UN UFR ST, UN, INSU - CNRS, CNRS
Flux de polluants organiques dans le bassin de la Seine
(23/11/2016)
METIS, UPMC, EPHE, PSL, CNRS, LEESU, ENPC, UPEC UP12, INERIS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, SIAAP
Sedimentary oxygen dynamics in a seasonally hypoxic basin: Sedimentary oxygen dynamics
Seasonal hypoxia refers to the oxygen depletion that occurs in summer in the bottom water of stratified systems, and is increasingly observed in coastal areas worldwide. The process induces a seasonal cycle on the biogeochemistry of the underlying sediments, which remains poorly quantified. Here, we investigated the sedimentary oxygen consumption within Lake Grevelingen (The Netherlands), a saline coastal reservoir that is impacted by yearly recurrent bottom water hypoxia. Monthly sampling campaigns were conducted throughout 2012 at three sites along a depth gradient. Macrofauna sampling and sediment profile imaging demonstrated how summer hypoxia strongly impacts the benthic communities below 15 m of water depth. Benthic fluxes of oxygen, dissolved inorganic carbon, total alkalinity, and ammonium were determined by closed core incubations, while oxygen depth profiles were recorded by microsensor profiling of sediment cores. Our results reveal a pronounced seasonality in the sedimentary oxygen consumption. Low uptake rates in summer were caused by oxygen limitation, and resulted in the build-up of an “oxygen debt” through the accumulation of reduced iron sulfides. Highest oxygen uptake rates were recorded in fall, linked to the reoxidation of the pool of iron sulfides in the top layer. However, uptake rates remained unexpectedly high during winter and early spring, likely associated with the oxidation of iron sulfides down to centimeters depth due to the electrogenic sulfur oxidation by cable bacteria. Overall, our results suggest that the sedimentary oxygen dynamic in seasonally hypoxic coastal systems is characterized by a strongly amplified “oxygen debt” dynamics induced by cable bacteria.
(Limnology and Oceanography. vol. 62, n° 0024-3590, pp. 452-473, 14/11/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Tissue-type plasminogen activator controls neuronal death by raising surface dynamics of extrasynaptic NMDA receptors
Abstract N -methyl- d -aspartate receptors (NMDARs) are ion channels whose synaptic versus extrasynaptic localization critically influences their functions. This distribution of NMDARs is highly dependent on their lateral diffusion at the cell membrane. Each obligatory subunit of NMDARs (GluN1 and GluN2) contains two extracellular clamshell-like domains with an agonist-binding domain and a distal N-terminal domain (NTD). To date, the roles and dynamics of the NTD of the GluN1 subunit in NMDAR allosteric signaling remain poorly understood. Using single nanoparticle tracking in mouse neurons, we demonstrate that the extracellular neuronal protease tissue-type plasminogen activator (tPA), well known to have a role in the synaptic plasticity and neuronal survival, leads to a selective increase of the surface dynamics and subsequent diffusion of extrasynaptic NMDARs. This process explains the previously reported ability of tPA to promote NMDAR-mediated calcium influx. In parallel, we developed a monoclonal antibody capable of specifically blocking the interaction of tPA with the NTD of the GluN1 subunit of NMDAR. Using this original approach, we demonstrate that the tPA binds the NTD of the GluN1 subunit at a lysine in position 178. Accordingly, when applied to mouse neurons, our selected antibody (named Glunomab) leads to a selective reduction of the tPA-mediated surface dynamics of extrasynaptic NMDARs, subsequent signaling and neurotoxicity, both in vitro and in vivo . Altogether, we demonstrate that the tPA is a ligand of the NTD of the obligatory GluN1 subunit of NMDAR acting as a modulator of their dynamic distribution at the neuronal surface and subsequent signaling.
(Cell Death and Disease. vol. 7, n° 2041-4889, pp. e2466-e2466, 10/11/2016)
UNICAEN, NU, INSERM, PhIND, UNICAEN, NU, INSERM, EFS Normandie - Rouen, EFS, Cyceron, UNICAEN, NU, CEA, CHU Caen Normandie, NU, INSERM, CNRS, BB@C, CHU Caen Normandie, NU, INSERM, IINS, UB, CNRS, CNAB, UB, CNRS, CBMN, UB, ENITAB, INC-CNRS, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, LPPM, UB, Sys2Diag, CNRS, INSERM
Fish Reproduction Is Disrupted upon Lifelong Exposure to Environmental PAHs Fractions Revealing Different Modes of Action
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) constitute a large family of organic pollutants emitted in the environment as complex mixtures, the compositions of which depend on origin. Among a wide range of physiological defects, PAHs are suspected to be involved in disruption of reproduction. In an aquatic environment, the trophic route is an important source of chronic exposure to PAHs. Here, we performed trophic exposure of zebrafish to three fractions of different origin, one pyrolytic and two petrogenic. Produced diets contained PAHs at environmental concentrations. Reproductive traits were analyzed at individual, tissue and molecular levels. Reproductive success and cumulative eggs number were disrupted after exposure to all three fractions, albeit to various extents depending on the fraction and concentrations. Histological analyses revealed ovary maturation defects after exposure to all three fractions as well as degeneration after exposure to a pyrolytic fraction. In testis, hypoplasia was observed after exposure to petrogenic fractions. Genes expression analysis in gonads has allowed us to establish common pathways such as endocrine disruption or differentiation/maturation defects. Taken altogether, these results indicate that PAHs can indeed disrupt fish reproduction and that different fractions trigger different pathways resulting in different effects.
(Toxics. vol. 4, n° 2305-6304, pp. 26, 28/10/2016)
BE, IFREMER, PAnTher, ONIRIS, INRAE, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, LRHLR, HGS, IFREMER, LPGP, INRA, Biosit : Biologie - Santé - Innovation Technologique, UMR MARBEC, IRD, IFREMER, UM, CNRS
Entre marées et marais : retracer l'histoire du littoral du Médoc (Gironde, France)
La pointe nord du Médoc constitue un espace vulnérable qui a connu de profondes modifications au cours de l'Holocène. Le recul rapide du trait de côte se solde par la mise a nu d'horizons sédimentaires renfermant des vestiges archéologiques exceptionnels, en terme de densité et de degré de conservation. Depuis trois ans, un programme de recherche inter-disciplinaire s'est donné pour objectif de caractériser, topographier et dater les différentes formations sédimentaires et les sites archéologiques afin de restituer les grandes étapes de l'histoire du littoral nord-médocain sur la longue durée. Les activités humaines ont laissé des traces révélant une intense exploitation et fréquentation de ces zones humides datées entre le Néolithique et l'Antiquité tardive. La nature des sols a favorisé la conservation d'éléments organiques -tels que poteaux, aménagements en bois et végétaux...-, d'empreintes d'animaux, de chemins, de mobilier etc. Les nouvelles recherches permettent de replacer ces découvertes archéologiques dans un contexte chrono-stratigraphique précis et d'identifier les spécificités d'une économie littorale dans laquelle la production du sel occupe une place importante. La stratigraphie des dépôts met en évidence deux phases de sédimentation à caractère estuarien à l'emplacement de l'actuelle plage de l'Amélie. Les sédiments argilo-limoneux à l'affleurement présentent des faciès typiques de vasières intertidales, de prés-salés et de tourbières saumâtres. Ce secteur correspondait initialement à une dépression arrière dunaire, connectée aux rives de la Gironde et occupée par un marais maritime. L'étude des dépôts affleurants permet de tracer les limites Nord-Sud de cet ancien marais et d'identifier, entre les deux grandes phases de sédimentation, un événement érosif daté de l'âge du Bronze final, au cours duquel le marais s'ouvre aux influences marines. Cette chronologie et ce mode de remplissage sont similaires à ce qui a été observé dans les marais actuels du Nord-Médoc. Une période d'érosion des systèmes dunaires et de recul important du trait de côte est ici mise en évidence entre 1200 et 800 BC. Une seconde phase de sédimentation estuarienne débute vraisemblablement a la n du Bronze final, lorsqu'un nouveau complexe dunaire se met en place sur la péninsule du Nord-Médoc. Au début de notre ère, le système dunaire progresse vers l'intérieur des terres et les sables éoliens viennent recouvrir les dépôts estuariens. La datation des paléosols dunaires indique que les périodes d'activité éolienne et les phases de stabilité dunaire ne sont pas synchrones avec celles identifiées sur le littoral Aquitain. Tandis que la chronologie des dunes aquitaines semble déterminée principalement par le forcage climatique, celle des côtes du Nord-Médoc suppose également l'intervention de processus rétroactifs liés aux mouvements sédimentaires à l'embouchure de la Gironde.
(25/10/2016)
UBM, CNRS, LASCARBX, UB, UBM, LETG - Brest, LETG, UNICAEN, NU, UA, EPHE, PSL, UBO EPE, UR2, CNRS, IGARUN, UN, PRODIG, UP1, IRD, EPHE, PSL, UP4, UPD7, CNRS, Inrap, PACEA, UB, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, BioGeCo, INRA, UB