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
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
Late Miocene transformation of Mediterranean Sea biodiversity
Understanding deep-time marine biodiversity change under the combined effects of climate and connectivity changes is fundamental for predicting the impacts of modern climate change in semi-enclosed seas. We quantify the Late Miocene–Early Pliocene [11.63 to 3.6 million years (Ma)] taxonomic diversity of the Mediterranean Sea for calcareous nannoplankton, dinocysts, foraminifera, ostracods, corals, molluscs, bryozoans, echinoids, fishes, and marine mammals. During this time, marine biota was affected by global climate cooling and the restriction of the Mediterranean’s connection to the Atlantic Ocean that peaked with the Messinian salinity crisis. Although the net change in species richness from the Tortonian to the Zanclean varies by group, species turnover is greater than 30% in all cases, reflecting a high degree of reorganization of the marine ecosystem after the crisis. The results show a clear perturbation already in the pre-evaporitic Messinian (7.25 to 5.97 Ma), with patterns differing among groups and subbasins.
(Science Advances. vol. 10, n° 2375-2548, 27/09/2024)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Influence of estuarine physical processes in the transport of microplastics: a modelling study in the Gironde estuary
(23/09/2024)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, SIAME, UPPA, MIO, IRD, AMU, INSU - CNRS, UTLN, CNRS
Estimating CaCO3 Content Based on Natural Gamma Ray (NGR) in Deep-Ocean Sediment Cores
We present a simple, quick, and high-resolution (approx.10 cm) method for calculating almost continuous calciumcarbonate (CaCO3) proxy records in deep-marine sediment cores based on the well-known dependence of NGR (natural gamma ray) on sediment clay content. The method used in this study is based on the assumption that sediment composition along the SAT (South Atlantic Transect) consists of two components: carbonate and clay. This assumption is reasonably accurate for the region under investigation. At carbonate-rich Site U1583 (66–97 wt% CaCO3), calculated CaCO3 wt% contents are within 4.18% at 1 standard deviation (r) of geochemical analyses of the CaCO3 wt% contents of discrete samples (measured using a coulometer), while at the more lithologically variable Site U1557 (0.1–92 wt% CaCO3), they are within 15.6% at 1r. Results indicate good to excellent correlations between the NGR- and coulometry-derived datasets, supporting the use of this method for carbonate stratigraphy, paleoceanography, and paleoclimate reconstructions. We provide an equation to derive CaCO3 wt% from NGR based on the SAT datasets. The procedure described below can be used to construct the higher resolution proxy CaCO3 records at other sites worldwide compared to discrete CaCO3 values. This method can assist with shipboard lithology determination and can guide core sampling.
(Stratigraphy. vol. 21, pp. 225-242, 20/09/2024)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Ecodynamique des Terres Rares dans les écosystèmes aquatiques : approches pluridisciplinaire et multi-échelle
Les écosystèmes aquatiques sont soumis à de nombreux contaminants, y compris les Terres Rares (REEs), qui forment un groupe cohérent d'éléments aux propriétés physico-chimiques similaires. Au cours des deux dernières décennies, la production et la consommation accrues des REEs pour les technologies modernes ont conduit à leur présence croissante dans les milieux aquatiques. Cependant, des lacunes significatives subsistent qui nécessitent des approches pluridisciplinaires combinant Géochimie et Ecotoxicologie afin de : i) évaluer les cycles géochimiques (distribution, réactivité et devenir) des REEs dans les écosystèmes aquatiques ; et ii) identifier les facteurs et processus contrôlant leurs concentrations dans les organismes aquatiques (biodisponibilité, bioaccumulation). La première partie de ce travail s'est concentrée sur la distribution spatiale et le comportement géochimique des REEs à l'interface continent-océan, principalement en milieu estuarien. L’analyse des concentrations en REEs dissoutes le long d’un profil estuarien dans l’estuaire de la Gironde par condition d’étiage a permis de caractériser le comportement géochimique dans le gradient de salinité avec : (i) un abattement des REEs à faible salinité (S<5), plus importante pour les REEs légères (La, Ce, Pr, Nd) ; (ii) une augmentation des concentrations dissoutes aux salinités intermédiaires (5 (10/09/2024) EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
The effects of a neonicotinoid insecticide, imidacloprid, on the embryo-larval stages of the sterlet sturgeon, Acipenser ruthenus
(03/09/2024)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, UR EABX, INRAE
The contribution of near surface geophysics to measure soil related terroir factors in viticulture: A review
Wine quality is affected by environmental factors in the location where the vines are cultivated, in particular the soil and the climate. Major soil-related factors influencing vine development, yield, and berry composition (and thus wine quality) include soil water availability, soil temperature, and soil nutrients, particularly nitrogen. These can be impacted by soil depth and soil compaction. Mapping these factors with classical field-based methods is constraining and expensive. Near surface geophysics (NSG) can be useful in increasing the resolution of data acquisition and, possibly, its cost. Among these techniques, many are already commercially available, but some of them, including Magnetic Resonance Sounding, Induced Polarization and Spectral Analysis of Surface Waves, require a high degree of expertise for acquisition and processing. These should be further developed in order to enlarge the application possibilities. This article reviews soil-related parameters relevant to terroir expression in vineyards and how these can be measured with NSG techniques.
(Geoderma. vol. 449, n° 0016-7061, pp. 116983, 01/09/2024)
UMR EGFV, UB, Bordeaux Sciences Agro, INRAE, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS