Dissertations / Theses on the topic 'Océanographie des estuaires'

L'évolution d'une embouchure tidale dépend de l'équilibre dynamique entre les processus littoraux sur les côtes adjacentes et la barrière hydraulique que représente le chenal de marée. L'objectif de ce travail était de quantifier l'influence de ces différents paramètres afin de comprendre et prédire la morphodynamique du site de la Barra Nova sur le système d'îles-barrières de la Ria Formosa (Sud Portugal). Les mesures de morphodynamique (bathymétries, vidéo), d'hydrodynamique et de dynamique sédimentaire (traçages) ont permis de quantifier l'évolution de cette embouchure en déterminant les processus hydrosédimentaires sur le littoral adjacent, et la réponse du système aux variations climatiques. Un schéma conceptuel est proposé, basé sur la compréhension de la morphodynamique à court terme et sur l'enregistrement vidéo à moyen terme. Ce nouveau concept, qui explique l'évolution saisonnière de la Barra Nova, met en évidence les facteurs responsables de la migration historique de cette embouchure.

Les mécanismes contrôlant la dynamique des sédiments fins en milieu estuarien sont complexes du fait de la multiplicité des processus en action et de leurs interactions diverses et encore souvent mal comprises. L’étude de la dynamique des sédiments fins regroupe quelques uns des enjeux environnementaux fondamentaux. En raison de leur forte affinité avec une large gamme de contaminants métalliques et organiques, les particules fines sont en mesure de concentrer la pollution provenant à la fois du bassin versant et du milieu marin et dont les risques respectifs sont croissants (agriculture, trafic maritime…). Leur accrétion mène à la formation de vasières puis à l’édification de marais maritimes, habitats d’importance communautaire au niveau européen. La pérennité de ces espaces ainsi que la biodiversité et la maintenance des ressources qu’ils contiennent sont cependant menacées par le comblement général des estuaires. Les travaux effectués lors de cette thèse ont permis de dégager quelques points clefs du fonctionnement d’un estuaire co-dominé par la houle et la marée en soulignant notamment les interactions entre les différents processus. Ils ont également permis d’appliquer un ensemble d’outils et de croiser les regards scientifiques par le biais d’une méthodologie transdisciplinaire. Les études à l’échelle de la marée ont mis en évidence l’influence significative mais restreinte de la houle au domaine d’embouchure, la mixité des masses d’eau et la présence d’un maximum de turbidité résultant d’un jeu d’asymétrie de la marée. Cette pompe tidale est en mesure de redistribuer les sédiments très largement au sein de l’estuaire, notamment par le biais de macroflocs. Les interactions entre la morphologie et les asymétries de marées sont complexes et, à travers le transport résiduel engendré, conditionnent l’évolution du système estuarien. La dynamique tidale est particulièrement bien enregistrée à travers la nature des dépôts et leurs rythmicité. Les suivis ont montré une constante disponibilité des MES dans les masses d’eau et le rôle clef de vecteur des chenaux de marée. Les apports de sédiments sur les zones intertidales se font ensuite selon les niveaux altimétriques. Les différents résultats ont mis en évidence l’importance de la spartine dans les mécanismes de piégeage des sédiments sur les marais salés et leur variabilité saisonnière mais également les répercussions que pouvaient avoir les forts taux de sédimentation sur les biocénoses benthiques à moyen terme. Sur une échelle plus longue, nous avons pu envisager les conséquences en termes d’élévation de cette accumulation en soulignant l’effet de la compaction du profil sédimentaire. Le volet stratigraphique, prenant en compte les conclusions de l’histoire holocène de la plaine maritime flamande, confirme le stade de comblement avancé de l’estuaire. Les recherches sur l’estuaire de l’Authie sont susceptibles de déboucher sur un modèle d’estuaire à dominance hydrodynamique mixte marée-houle, pertinent pour des estuaires macrotidaux tempérés situés dans des domaines à forte disponibilité en sables et répondant à ces critères hydrodynamiques (estuaire de la Manche). Les perturbations d’ordre climatique et la variabilité naturelle qui s’amorcent dans le cadre du changement global s’accompagnent d’une pression humaine de plus en plus forte sur les espaces estuariens. Ces risques devront nous obliger à appréhender les écosystèmes estuariens de manière holistique en les replaçant au niveau régional de la Manche mais également dans le contexte mondial<br>The mechanisms controlling fine sediments dynamics in estuaries are complex because of the multiplicity of active processes and their diverse interactions, most often not well understood. The study of fine sediment dynamics embodies a number of fundamental environmental issues. Due to their strong affinity with a large range of metallic and organic contaminants, fine-grained deposits are capable of concentrating pollutants from watersheds and from the sea, both of which are sources of increasing coastal zone hazards (from agriculture, maritime traffic. . . ). Accretion of estuarine deposits leads to mudflat formation, and then salt marsh establishment, thus forming habitats of supreme importance in the European community. The lasting biodiversity and resource value of these habitats are at risk from accelerated estuarine infilling. The objective of this thesis has been to highlight key points of the functioning of an estuary co-dominated by waves and tides, and to gain better insight into the interactions underlying fine-grained sedimentation processes. The approach is highly methodological, based on the application of a cross-disciplinaryassemblage of tools. The study shows that wave influence, though significant, is restricted to the esturary mouth. The esturary exhibits freshwater/salinity mixing and the presence of a turbidity maximum resulting from a combination of tidal asymmetries. This tidal pumping is capable of very widely redistributing the sediment within the estuary, notably via macrofloc dynamics. Interactions between tidal asymmetry and morphology are complex and, through generated residual transport, condition the evolution of the estuarine system. The tidal dynamics are particularly well recorded by the characteristics of deposited sediments and their clear rhythmic pattern. The monitoring has shown the constant availability of sediment in the water column and the key role of tidal channels as vectors of sediment circulation. The input of sediment over the intertidal zones is governed by elevation within the tidal frame. The different results have highlighted the importance of Spartina in sediment trapping mechanisms over salt marshes and their seasonal variability but also the medium-term impacts of high sedimentation rates on benthic biocoenoses. At longer timescales, investigation of the consequences of this accretion highlights the effect of compaction of the sedimentary profile. The stratigraphic input from this work takes into account conclusions from the Holocene history of the neighbouring Flemish coastal plain, and confirms the advanced stage of infilling of the Authie esturay. The research on the Authie estuary may be summarised by a model of an estuary with mixed wave-tide hydrodynamic dominance pertinent to temperate macrotidal estuaries located in sand-rich tidal seas with storm wave influence, which is precisely the case of English Channel estuaries. Climatic perturbations and natural variability initiated within the frame of global change result in increasing human pressures on estuaries, thus generating potential risks. Tacking these pressures and risks calls for a holistic approach to the study of estuarine ecosystems, not only at the regional scale of the English Channel, but also in the world context

L'embouchure de la Seine a subi des évolutions morphologiques fortes depuis plusieurs décennies, en raison de travaux d'endiguement pour améliorer les accès aux ports de Rouen et du Havre. Une tendance importante est la progradation de l'estuaire aval. Simultanément, la superficie des vasières intertidales tend à diminuer. Les fonds de l'estuaire sont composés de vase et de sable fin (respectivement transportés depuis la rivière de Seine et depuis le large). Leurs distributions sont liées aux caractéristiques hydrodynamiques de l'estuaire et peuvent présenter des structures verticales litées. Pour comprendre les évolutions morphologiques de l'estuaire, un modèle numérique morphodynamique est développé, à partir d'un modèle (3D) validé de transport de sédiments vaseux. Un modèle de transport de sable fin en suspension, ainsi qu'un module de réactualisation bathymétrique sont développés. L'érodabilité du sédiment tient compte des proportions de sable et de vase ; deux régimes d'érosion sont distingués (resp. Non-cohésif et cohésif). Le sédiment est discrétisé en couches fines (~ mm) et la consolidation des couches vaseuses est simulée. Ainsi, l'érodabilité des couches superficielles dépend de la concentration relative de vase (i. E. Entre les grains de sable). Des simulations réalisées pour une condition initiale arbitraire du fond sédimentaire montrent que le modèle reproduit une répartition réaliste des vases et des sables. Les principales tendances morphodynamiques, comme la progradation et la rotation des bancs à l'embouchure, sont qualitativement reproduites. Les résultats montrent que sables et vases contribuent de manière spécifique aux évolutions morphologiques.

Le comportement des différentes formes chimiques du fer, du cuivre, du plomb et du cadmium a été étudié dans la zone de mélange eau douce-eau salée le long du gradient salé en liaison avec les variations des caractéristiques hydrologiques et biogéochimiques. Deux systèmes possédant des caractéristiques très différentes ont été retenus la Penzé (Bretagne, Manche Occidentale) qui présente un faible débit et qui est soumis à un brassage vertical intense (système homogène) et la Loire qui présente un débit élevé et dont les eaux s’écoulent dans une zone (plateau continental Nord Gascogne) où le brassage vertical est peu intense (système stratifié). Un effort important a aussi été consacré à la mise au point de méthodes d’analyse des métaux spécialement adaptées au milieu marin. Des méthodes électrochimiques utilisant la chronopotentiométrie comme technique de redissolution ont été développées. Nos résultats montrent des comportements similaires pour le plomb, le cuivre et le cadmium dans les deux systèmes étudiés. Le plomb subit une coprécipitation importante avec les hydroxydes de fer. Le cuivre désorbe généralement des particules organiques pour former des complexes organiques hydrophobes. Le cadmium lié aux oxydes de fer et de manganèse désorbe pour former des cholorocomplexes ou des complexes organiques. Nos résultats indiquent aussi qu’au cours du cycle saisonnier, les apports des différentes formes chimiques métalliques au milieu marin dépendent fortement des variations des caractéristiques hydrologiques et biogéochimiques du système. Il est important de prendre en compte ces modifications de l’état du métal pour établir des bilans fiables en métal exporté<br>The behaviour of various chemical species of iron, copper, lead and cadmium was studied along the whole salinity gradient as a function of hydrological and biogeochemical variations. Our investigations were focused on two systems with very different properties: the Penzé (Britanny, Western Channel) and the Loire-North Biscay Continental Shelf. The former is characterised by a 10w freshwater discharge and well-mixed waters, whereas the latter shows a high freshwater discharge and waters flowing to the North Biscay Continental Shelf where the waters are stratified. A great effort was also devoted to the development of methods based on stripping chronopotentiometric electrochemistry for metal analysis in the marine environment. Our experimental results highlighted similar behaviours for lead, copper and cadmium in both systems : i) Lead was highly coprecipitated by hydrous oxides iron ; ii) Copper was generally desorbed from organic particles and made complexes with non-polar hydrophobic organic ligands ; iii) Cadmium associated with hydrous oxides of iron and manganese desorbed and formed cholorocomplexes or organic complexes. We also showed that fluxes of the various chemical metal species to the marine environment over the seasonal cycle are highly dependent on the hydrological and biogeochemical variations of the system under study. Taking into account these changes in the metal state is paramount for further reliable monitoring of exported metal traces

Cette étude est consacrée a la spéciation des métalloïdes et plus particulièrement de l’arsenic en milieu estuarien Dans une première partie, deux méthodes pour l’analyse du sélénium et de l’arsenic inorganique dans l’eau de mer par chronopotentiométrie par redissolution anodique sur électrode à film d’or ont été mises au point. Avec une limite de détection de 0,29 nM pour As (III) et 0,71 nM pour l’arsenic inorganique total dissous, les performances de cette méthode pour l’analyse de l’arsenic en milieu marin sont meilleures que celles précédemment développées par voie électrochimique. Dans une seconde partie, le cycle biogéochimique de l’arsenic dans un estuaire macrotidal (Penzé-Bretagne) a été étudié lors d’un cycle saisonnier. Les teneurs en arsenic dissous relevées dans les eaux estuariennes sont contrôlées entre autres par le débit et l’activité phytoplanctonique des eaux fluviales. Les teneurs élevées en arsenic particulaire ont été reliées aux activités d’épandage du lisier porcin sur le bassin versant. Au sein de l’estuaire deux processus majeurs contrôlent le comportement de l’arsenic dissous. Tout d’abord des apports benthiques à la fois d’As (III) et d’As (V) enrichissent la colonne d’eau, puis, la co-précipitation du métalloïde avec les hydroxydes de fer provoque une redistribution de celui-ci vers la phase particulaire. Le calcul des flux d’arsenic entre les différents compartiments du système illustre la forte réactivité de cet élément. L’arsenic, apporté principalement sous forme particulaire (73 %), est exporté vers le plateau continental sous forme dissoute (77 %); la part de l’As (III) exporté représentant 14 % du flux dissous<br>This work deals with the behaviour and the speciation of metalloïds and particularly arsenic in estuaries. In a first part, two stripping chronopotentiometric methods using a gold film electrode are developped for determining arsenic and selenium in seawater. With a detection limit of 0,29 nM for As (III) and 0,71 nM for total dissolved inorganic arsenic, this procedure exhibits a better sensitivity than others stripping methods developped hitherto. In a second part, the biogeochemical cycle of inorganic arsenic in a macrotidal estuary (Penzé-Britany) has been examined over a seasonal cycle. In the river end-member, the concentrations of dissolved arsenic are controled by water discharge and phytoplankton activity. The high levels of arsenic in suspended matter and their variations were related to the pig slurry manuring on the catchment. Within the estuary, two processes control the dissolved arsenic behaviour. First, an important input of As (III) and As (V) from the benthic compartment contributes to the enrichment of the water column, then the coprecipitation with iron oxides induces a redistribution of this metalloid to the particulate phase. Estimations of arsenic fluxes between the different compartments of the system illustrate the strong reactivity of this element. Arsenic which is imported mainly in particular form (73 %) is exported to the continental shelf in dissolved one (77 %). The proportion of As (III) exported is estimated to 14 % of the dissolved fluxes

Le principal objectif ce cette thèse est de caractériser la variabilité climatique des moyennes latitudes de l'Atlantique Nord oriental qui a eu lieu durant les derniers 30 000 ans. Cette thèse traite aussi de l'impact de la variabilité climatique sur l'évolution des systèmes côtiers au cours de l'Holocène. Pour cela une étude multiproxy (pollen, assemblages de foraminifères planctoniques b18O, alcénones) à été réalisée à partir de deux carottes marines profondes du nord-ouest de la marge ibérique, deux carottes de l'estuaire du Douro, et d'une carotte marine de la plateforme continentale nord(ouest française. Cette thèse discute des mécanismes à 'origine de la réponse complexe observée dans ces latitudes moyennes au cours des événements d'Heinrich 4,3, 2 et 1 et durant le dernier Maximun Glaciaire ainsi que de la déglaciation et l'Holocène. Finalement, elle propose un modèle conceptuel pour expliquer les variations géomorphologues de l'estuaire du Douro qui a lieu au cours de l'Holocène.

Le travail developpe dans ce memoire s'inscrit dans un des themes de recherche du p. N. O. C. (programme national d'oceanographie cotiere) et de son chantier de mediterranee. Il concerne l'etude du transport de la matiere particulaire sur le plateau continental du golfe du lion (partie nord occidentale de la mediterranee) et de son exportation vers le large. Plus particulierement, ce travail se focalise dans un premier temps, sur l'etude du panache du rhone et l'interaction entre le vent et la circulation superficielle, a proximite de l'embouchure. La teledetection satellitaire offre une vision synoptique de l'etat du panache et constitue un moyen de mesure fiable permettant d'etudier au mieux la variabilite importante de la dynamique dans cette partie de la mediterranee. Depuis cinq ans, l'etude de la dynamique sur le talus et le plateau continental du golfe du lion est realisee au laboratoire d'aerologie grace a un modele tridimensionnel de dynamique oceanique simphonie (simulation de processus hydrologiques oceaniques interaction avec l'environnement) (marsaleix, 1993). Les conditions de forcage realistes ainsi que la conception du modele, font que celui-ci est tout a fait adapte a la modelisation de situations reelles. C'est donc ce modele qui a ete utilise pour etudier le panache du rhone. Les images satellitaires et les resultats du modele permettent une comparaison de ce qui se passe globalement en surface. Ceci n'est qu'un aspect du probleme du devenir des matieres charriees par le rhone, dans le domaine cotier. Le rhone est en effet, une source importante de materiel qui est repartie dans tout le golfe du lion, et qui est majoritairement presente dans une couche nepheloide de fond. Il est donc important de connaitre les differentes etapes de dispersion du materiel rhodanien sur le plateau continental du golfe du lion. Dans la derniere partie de ce travail, on s'interesse plus particulierement a l'impact de la turbulence sur la remise en suspension (turbulence qui est liee a la presence des vagues en eau peu profonde), au frottement induit sur le fond, et a son incidence sur la circulation

Ce travail presente une mise au point de modeles d'environnement bases sur une procedure iterative qui evolue suivant quatre etapes interdependantes: la recolte des donnees qui a fourni la base indispensable au choix des processus physiques a analyser; ces derniers ont ete decrits par un modele mathematique dont les equations differentielles traitees selon la methode de discretisation des differences finies ont conduit a l'outil utilise pour les simulations de divers cas de figures. La reflexion sur les mouvements des masses d'eau dans l'estuaire de la casamance repose sur une etude menee pas a pas qui a conduit a des modeles de traitement des circulations transitoire et residuelle dans le milieu. Les differents choix effectues ont ete justifies a partir d'une analyse detaillee des schemas d'integration utilises et des proprietes numeriques associees aux discretisations spatio-temporelles des equations du mouvement

Les deltas et les régions côtières constituent les sources les plus importantes d'eau douce et de matière en suspension vers le plateau continental puis le large, la compréhension de leur dynamique et de leur variabilité est donc cruciale. Cette thèse vise à mieux comprendre la variabilité spatio-temporelle de la dynamique estuarienne et océanique sous l'influence de forçages naturels et l'influence de cette variabilité sur le transport et devenir des sédiments le long du continuum estuaire - océan côtier du Fleuve Rouge au Golfe du Tonkin. Des observations in-situ collectées dans l'estuaire ont d'abord mis en évidence l'influence de la variabilité saisonnière et de la variabilité due à la marée sur le débit et sur le devenir des matières en suspension, en particulier le rôle du pompage tidal dans l'envasement de l'estuaire. Deuxièmement, un modèle hydrodynamique 3D réaliste, basé sur une configuration haute-résolution et un paramétrage optimisés et validés à partir de plusieurs jeux d'observations in-situ et de données satellitaires, a été utilisé pour l'étude de la circulation à l'échelle du Golfe du Tonkin. Cette configuration a préalablement été optimisée à l'aide de tests de sensibilité des solutions de marée à la bathymétrie et à la paramétrisation du frottement de fond. Les facteurs de la variabilité de cette circulation aux échelles journalière, saisonnière à interannuelle ont été identifiés. La variabilité du transport d'Ekman due à l'inversion saisonnière des vents de mousson a été identifiée comme le principal moteur de la circulation saisonnière, cette dernière pouvant être inversée (intensifiée) en été (hiver) par le passage de typhons. ENSO, l'Oscillation Arctique ou encore une forte activité cyclonique ont été identifiés comme les facteurs de la variabilité interannuelle. Des tests préliminaires avec un module de transport sédimentaire couplé au modèle hydrodynamique ont révélé l'importance, pour la représentation réaliste du transport de matière en suspension, de la composition du sédiment de fond et du paramétrage des coefficients d'érosion<br>Deltas and coastal regions deliver the largest inputs of freshwater and sediments to the shelf and open ocean, understanding water and sediment dynamics and variability in those regions is therefore crucial. The spatio-temporal variability of estuarine and ocean dynamics under the influence of natural forcings and their impact on sediment transport and fate was assessed along the Red River estuary - coastal ocean - Gulf of Tonkin continuum. First, in-situ estuarine observations evidenced the seasonal and tidal variabilities of flow and suspended matter, and showed in particular the role of tidal pumping in the estuary siltation. Second, a 3D realistic hydrodynamic model was set up and calibrated with various observations and satellite data. Beforehand, a high-resolution model configuration was implemented and optimized with sensitivity tests of the Gulf of Tonkin's tidal components to bathymetry and various bottom friction parameterizations. Third, the resulting optimized configuration was used to study the large scale Gulf of Tonkin circulation at daily, seasonal and interannual scales, and to identify the drivers of their variabilities. Ekman transport variability due to monsoon winds reversal drives the seasonal circulation, which can be reversed in summer by episodic typhoon events and intensified in winter. ENSO, strong typhoon activity and Arctic Oscillation have been identified as drivers of the interannual circulation variability. Lastly, preliminary tests with a sediment transport module coupled with the hydrodynamics model revealed the importance of the seabed composition and of the parameterization of the erosion coefficients

L’océan côtier occupe une position clé dans le cycle du carbone et est exposé à l’acidification des océans. Une grande partie de matière organique(MO) marine et continentale est minéralisée dans les sédiments estuariens par des voies aérobies ou anaérobies. Cette minéralisation produit du carbone inorganique dissous (DIC), mais aussi de l’alcalinité totale(TA) pour la partie anoxique, ce qui tamponne les variations de pH du système et augmente la capacitéde l’eau de mer à absorber du CO2. Des mesures dans les sédiments du prodelta du Rhône ont montré que la minéralisation anoxique, surtout la sulfato-réduction, y est dominante et produit des forts flux de TA et de DIC. Proche de l’embouchure, c’est surtout la MO continentale qui est minéralisée et la fraction marine augmente vers le large. Une expérience d’acidification des sédiments de la baie de Villefranche-sur-mer a montré que l’acidification des océans cause la dissolution des carbonates ce qui tamponne le pH dans les sédiments<br>Continental shelves are key regions for theglobal carbon cycle and particularly exposed to oceanacidification. A large part of organic matter (OM) ofcontinental and marine origin is mineralized in estuarinesediments following oxic and anoxic pathways.This mineralization produces dissolved inorganic carbon(DIC) leading to acidification of the bottom waters.Anoxic mineralization can produce total alkalinity(TA) that can contribute to buffer bottom water pHand increase the CO2 storage capacity of seawater. Measurementsin the sediments of the Rhˆone River prodeltashowed that anoxic mineralization, especially sulfate reduction,are the major pathways of OM mineralizationand create high DIC and TA fluxes. Land derived OMis mineralized close to the river mouth and marine OMtakes over on the shelf. An acidification experiment withsediment cores from the bay of Villefranche evidencedthat acidification causes carbonate dissolution at thesediment surface that buffers porewater pH

La gestion des milieux océaniques et côtiers nécessite des prédictions à court terme de leurs caractéristiques physiques et écologiques. Le succès des méthodes d'Assimilation de Données (AD) en météorologie montre que les données in-situ peuvent être incorporées dans des modèles dynamiques pour en améliorer les prédictions. <br /><p><br />Ce travail se focalise sur l'AD séquentielle (ADS), dérivée de la théorie de l'estimation statistique, en particulier le filtre de Kalman. Les obstacles auxquels se heurte l'application du filtre de Kalman aux systèmes océanographiques sont de deux sortes :<ul> <br /><li>des obstacles théoriques du fait de la non-linéarité des équations décrivant la dynamique physique et écologique du système alors que le filtre de Kalman est optimal pour des systèmes linéaires,<br /><li>des obstacles pratiques car les systèmes tridimensionnels sont discrétisés à haute résolution pour décrire précisément leur dynamique. On obtient des espaces d'état de l'ordre du million de paramètres, ce qui rend la méthode encombrante du point de vue de l'espace mémoire et des temps de calcul requis, cruciaux pour des applications en prédiction opérationnelle.</ul><br /><p><br />Dans le cas général il n'existe pas encore de solution qui réponde à ces deux exigences, mais des approximations classiques issues du filtre de Kalman sont utilisées, soit par un développement limité (Extended Kalman Filter EKF) soit par une méthode de Monte Carlo (Ensemble Kalman Filter EnKF). Puisque le filtre de Kalman et ses extensions EKF et EnKF utilisent une estimation linéaire pour la correction des résultats du modèle, formellement équivalente à un krigeage à moyenne connue, des modifications inspirées de la géostatistique sont proposées pour tenir compte des biais et des non linéarités. <br /><p><br />Deux méthodes courantes en ADS océanographique, le filtre de Kalman RRSQRT (déduit de l'EKF par approximation en valeurs propres dominantes) et l'EnKF, sont comparées dans un cas fictif de modèle écologique 1-D d'une colonne d'eau. Le filtre de Kalman RRSQRT est ensuite appliqué à l'ADS de hauteurs d'eau de la lagune de l'Oder dans le modèle hydrodynamique TRIM3D. L'estimation est améliorée en utilisant seulement trois stations et les temps d'initialisation du modèle sont considérablement réduits. Enfin, l'EnKF est appliqué à l'assimilation conjointe de hauteurs d'eau (5 stations) et de données de salinité (2 stations) de la lagune de l'Oder dans TRIM3D. Les difficultés liées à l'application de l'ADS aux modèles d'advection-diffusion sont mises en évidence.

L’océan côtier occupe une position clé dans le cycle du carbone et est exposé à l’acidification des océans. Une grande partie de matière organique(MO) marine et continentale est minéralisée dans les sédiments estuariens par des voies aérobies ou anaérobies. Cette minéralisation produit du carbone inorganique dissous (DIC), mais aussi de l’alcalinité totale(TA) pour la partie anoxique, ce qui tamponne les variations de pH du système et augmente la capacitéde l’eau de mer à absorber du CO2. Des mesures dans les sédiments du prodelta du Rhône ont montré que la minéralisation anoxique, surtout la sulfato-réduction, y est dominante et produit des forts flux de TA et de DIC. Proche de l’embouchure, c’est surtout la MO continentale qui est minéralisée et la fraction marine augmente vers le large. Une expérience d’acidification des sédiments de la baie de Villefranche-sur-mer a montré que l’acidification des océans cause la dissolution des carbonates ce qui tamponne le pH dans les sédiments<br>Continental shelves are key regions for theglobal carbon cycle and particularly exposed to oceanacidification. A large part of organic matter (OM) ofcontinental and marine origin is mineralized in estuarinesediments following oxic and anoxic pathways.This mineralization produces dissolved inorganic carbon(DIC) leading to acidification of the bottom waters.Anoxic mineralization can produce total alkalinity(TA) that can contribute to buffer bottom water pHand increase the CO2 storage capacity of seawater. Measurementsin the sediments of the Rhˆone River prodeltashowed that anoxic mineralization, especially sulfate reduction,are the major pathways of OM mineralizationand create high DIC and TA fluxes. Land derived OMis mineralized close to the river mouth and marine OMtakes over on the shelf. An acidification experiment withsediment cores from the bay of Villefranche evidencedthat acidification causes carbonate dissolution at thesediment surface that buffers porewater pH

Cette thèse, effectuée dans le cadre de la préparation de la mission spatiale SWOT (Surface Water and Ocean Topography), a pour objectifs de : (1) caractériser/modéliser la variabilité hydrologique de l'estuaire de Seine et ainsi tenter de mieux comprendre l’influence des masses d’eau fluviale et marine sur cette variabilité hydrologique et (2) déterminer la qualité de la restitution de la variabilité hydrologique par SWOT. Des analyses descriptives et spectrales ont été réalisées sur les données de hauteurs d’eau de l’estuaire de Seine, mais également sur celles de la Manche et sur les débits de la Seine, correspondant à l’influence des masses d’eau marine et fluviale respectivement. Ces analyses ont montré une variabilité commune, aux trois environnements étudiés, en relation avec l’Oscillation Nord Atlantique à l’échelle pluriannuelle et avec les phénomènes de crues et/ou de surcotes à l’échelle infra-annuelle. Une modélisation hydrodynamique de l’estuaire de Seine a été effectuée avec le modèle T-UGOm (Toulouse Unstructured Grid Ocean) montrant une bonne restitution des hauteurs d’eau et de leur variabilité, malgré la complexité hydrodynamique de cette zone. Des données SWOT ont été simulées permettant de mettre en évidence la meilleure capacité de SWOT à restituer la variabilité hydrologique en environnement fluvial, qu’en environnement marin et estuarien. La disparition du cycle annuel et l’amplification dans le temps du mode de variabilité 1. 5-3 mois a été mis en évidence, pour les données SWOT simulées en environnement marin et estuarien, liée à l’interférence entre la cyclicité de SWOT et l’effet déterministe de la marée.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015<br>Les canyons et chenaux sous-marins sont formés par des courants de densité subaquatiques et sont les principaux conduits par lesquels les sédiments continentaux atteignent les milieux marins profonds. Plusieurs canyons et chenaux sous-marins incisent les marges de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent jusqu’à une profondeur de ≥ 300 m. Des données hydroacoustiques et sédimentologiques récemment acquises ont permis d’analyser en détail la morphologie et les processus sédimentaires tardi-quaternaires qui ont modifié l’architecture de ces systèmes turbiditiques. Quatre types de systèmes turbiditiques ont été identifiés en fonction de leur source respective de sédiments. Un premier type de système, alimenté par la dérive littorale, a été cartographié dans les secteurs de Sept-Îles, Les Escoumins et Tadoussac. La formation et l’évolution de ces trois systèmes semblent être étroitement liées à un apport sédimentaire provenant de l’érosion des rives avoisinantes. Vers la mi-Holocène, alors que la charge sédimentaire provenant des rivières a drastiquement diminué, l’érosion des fronts deltaïques a vraisemblablement contribué à alimenter ces systèmes turbiditiques. L’activité gravitaire est aujourd’hui dominée par des mouvements de masse qui permettent le transfert sédimentaire vers le niveau de base. Un second type de canyon a été découvert dans le secteur de Pointe-des-Monts. Bien qu’il ne reçoive pas d’apport sédimentaire, ce dernier est le seul où des formes en croissant, probablement associées à des courants supercritiques, ont migré récemment. Leur activité holocène peut être expliquée par des mouvements de masse épisodiques et des courants quasi-continus d’origine hydrodynamique se déplaçant sur le plancher marin. Des données sédimentologiques suggèrent que ces courants d’origine hydrodynamique seraient responsables de la formation des canyons. Deux autres types de chenaux et canyons ont été identifiés dans l’estuaire, soit des systèmes reliés aux rivières et aux glaciers. Ces deux types de systèmes ont été actifs majoritairement au début de l’Holocène, alors que la charge sédimentaire transportée vers l’estuaire était plus importante, permettant la génération de courants hyperpycnaux. Ainsi, cette recherche a permis de démontrer la variabilité morphologique des canyons et chenaux de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent ainsi que les différentes phases d’activité et types de processus gravitaires qui ont mené à la formation de systèmes turbiditiques dans un contexte tectonique et climatique similaire.<br>Submarine canyons and channels are formed by subaqueous sediment density flows and are the main conduits through which continental sediments reach deeper sedimentary basins. Numerous submarine canyons and channels incise the margins of the Estuary and Gulf of St. Lawrence, to a depth of ≥ 300 m. Multibeam bathymetry, acoustic backscatter, seismic reflection and sedimentological analysis have allowed examining in great detail the morphology and the late-Quaternary sedimentary processes within these systems. Four types of submarine fans were identified based on their respective source of sediment. A submarine fan located in ≤ 60 m deep in the Sept-Îles sector has illlustrated the role of longshore drift on the formation and evolution of such systems. Longshore drift, through submarine transverse bars and coastal sand bars, forced the formation of a submarine fan near 5 ka BP. Its activity is now dominated by the passage of low density/intensity flows forming sandwaves on the edge of the coastal shelf and high energy flows (probably slope failures) that allow the accumulation of sediment on the deeper submarine fan. Two other systems fed by longshore drift were identified in the Tadoussac and Les Escoumins sectors, where similar recent episodic activity has been described. A second type of canyon system was discovered in the Pointe-des-Monts sector. These canyons are sediment-starved and yet, they are the only systems in which crescentic bedforms recently migrated upslope. Their short- and long-term activity can be explained by slope failures and quasi-continuous hydrodynamic processes along the seafloor. Sedimentological data suggest that quasi-continuous flows of hydrodynamic origin are responsible for the formation of the canyons. Two other types of channels and canyons were identified in the St. Lawrence: systems fed by rivers and glaciers. Both types of systems were active mainly in the early-Holocene, when sediment supply to the St. Lawrence was greater. When sediment supply drastically diminished during mid-Holocene, erosion of deltaic fronts likely led to an increase in longshore-drift transport and the formation and/or continuated activity of the Sept-Îles and Les Escoumins systems.

L’impact anthropique lié à l’augmentation du CO2 atmosphérique a été observé à l’échelle globale océanique, avec comme conséquence l’acidification des océans (AO). Comme l’océan ouvert, les écosystèmes côtiers sont soumis à l’AO. Ces écosystèmes ne représentent que 7% de la surface océanique mais ils sont responsables d’un tiers de la production primaire océanique mondiale, jouant ainsi un rôle clé dans le cycle du carbone global. Les environnements côtiers sont très hétérogènes et influencés par des apports continentaux, ce qui complexifie l’étude du cycle du CO2. Cette thèse étudie à différente échelle spatiale et temporelle la variabilité du cycle du carbone dans les milieux méga tidaux côtiers du nord-ouest de l’Europe. Entre 2015 et 2019, nous avons installé un capteur autonome de pCO2 sur une bouée cardinale de la côte de Roscoff, au sud de la Manche. Les observations proximales et plus au large des paramètres du système CO2 ainsi que de l’ensemble des paramètres physico-chimiques, nous ont permis de décrire précisément l’écosystème et de quantifier la variabilité tidale, diurne et interannuelle. Dans un second temps, nous avons suivi la variabilité de ces paramètres à l’échelle décennale, en se basant sur les prélèvements réguliers réalisés entre 2008 et 2018 dans deux milieux côtiers très proches géographiquement (Brest et Roscoff), mais sous influence plus ou moins importante des rivières. Enfin, nous avons quantifié la dynamique de deux gaz climatiquement actifs dissous le long de deux gradients estuariens : le CO2 et le CH4. Ce dernier, bien que peu étudié, apparaît comme un composé central pour la compréhension du fonctionnement des écosystèmes côtiers<br>The anthropogenic impact of the raise of atmospheric CO2 has been observed on the global oceanic scale, resulting in the Ocean Acidification (OA). Largely present in the coastal ecosystems, a decrease of their population could have significant socio-economic consequences. Coastal ecosystems represent only 7% of the global ocean but host a third of the total primary production of the oceans, playing a key role in the global carbon cycle. They are highly diversified and influenced by continental inputs, which complexifies the study of the CO2 cycle. This PhD thesis investigated at different spatial and temporal scales the variability of the carbon cycle in megatidal environments of the North Western European Shelves. From 2015 to 2019, we installed an autonomous sensor of pCO2 (Sunburst SAMI-CO2) on a cardinal buoy located off Roscoff, in the south of the English Channel. Coupled with additional proximal and offshore observations of the carbon cycle and biogeochemical parameters, we were able to describe precisely this ecosystem and assess the tidal, diurnal and interannual variability. Secondly, we followed the variability of these parameters at the decadal scale, based on regular sampling from 2008 to 2018 in two coastal environments very close geographically (Brest and Roscoff, NWES), but with different freshwater influence. Finally, since methane is increasingly considered as a key player in the understanding of the coastal ecosystem functioning and Climatically-Actives Gas cycles, we quantified the driving processes of CO2 and CH4 air-sea exchanges in two mega-tidal estuaries influencing our study region

Les sédiments sont des sites importants d’élimination d’azote (N) puisqu’ils possèdent des gradients d’oxydoréduction leur conférant les conditions idéales pour les réactions microbiennes de transformation de N. L’eutrophisation des régions côtières peut altérer ces gradients, par des changements dans la concentration d’oxygène (O2) de l’eau interstitielle, et modifier l’importance relative des processus transformant le N. Afin de mieux comprendre comment l’O2 pourrait influencer les transformations de N, nous avons mesuré les flux diffusifs de diazote (N2), nitrate (NO3-), oxygène et ammonium (NH4+) dans les sédiments de l’Estuaire Maritime du St-Laurent (EMSL), et nous avons estimé les taux de dénitrification. L’importance du couple nitrification-dénitrification en fonction d’un gradient de concentrations d’O2 dans la zone d’hypoxie de l’EMSL fut aussi évaluée. La concentration des gaz dissous fut mesurée en utilisant une nouvelle approche développée dans cette étude. Les flux diffusifs de N2, O2, NO3- et NH4+ variaient de 5.5 à 8.8, de -37.1 à -84.8, de -4.0 à -5.8 et de 0.6 à 0.8 μmol N m-2 h-1 respectivement. Les concentrations de N2 et NO3- dans l’eau porale et les flux de NO3- et de N2 des sédiments, suggèrent que la diffusion de NO3- provenant de l’eau à la surface des sédiments ne peut pas expliquer par elle-même la production de N2 observée. En utilisant une approche stoichiométrique, les taux de nitrification potentielle estimés comptent pour 0.01 à 52% du flux total de NO3 nécessaire pour aboutir aux flux de N2 observés et diminuent avec l’augmentation de l’hypoxie.<br>Sediments display strong redox gradients and represent important sites of various microbially mediated nitrogen (N) transformation pathways resulting in the loss of fixed N. Increased eutrophication of coastal systems will likely impact the overall function of these sediments via changes in the oxygen (O2) concentration in the overlying water, thus influencing the redox gradient and the relative importance of different N processes. To have a better understanding of how O2 could influence N transformations, we measured dinitrogen (N2), nitrate (NO3-), oxygen and ammonium (NH4+) diffusive fluxes in the sediments of the Lower St. Lawrence Estuary (LSLE) and estimated denitrification rates. The importance of the nitrification-denitrification couple as a function of a gradient of hypoxic O2 concentrations was also evaluated. Dissolved gas concentrations were measured using a new approach developed in this study. N2, O2, NO3- and NH4+ diffusive fluxes varied respectively from 5.5 to 8.8, from -37.1 to -84.8, from -4 to -5.8 and from 0.6 to 0.8 μmol N m-2 h-1 among the five stations sampled. N2 and NO3- concentrations in sediment pore water and measured fluxes of NO3- in and N2 out of the sediments suggested that NO3- diffusion from the overlying water alone could not support N2 production. Using a stoichiometric approach, estimated potential nitrification rates varied among sites, from 0.01 to 52% of the total NO3 supply rate. The relative importance of nitrification decreased with increasing hypoxia.