Dynamique saisonnière des transferts particulaires dans les systèmes fluviaux-estuariens : application des radioisotopes à courtes périodes : 234 Th, 7 Be et 210 Pb
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Thèse soutenue le 09 décembre 2008: Bordeaux 1
L’objectif de ce travail était de tester l’utilisation des radioisotopes naturels à courte période (234Th, 7Be et 210Pb) comme traceurs des transferts des particules dans le bassin versant de la Garonne-Dordogne-Gironde. Dans un premier temps, la faisabilité de la méthode basée sur le 234Th a été testée dans les rivières. Les résultats ont montré qu’une valeur de 5 mBq l-1 correspondant au seuil en 238UD est nécessaire pour l’application du 234Th en rivière. Dans un deuxième temps, le suivi sur deux années (2006-2007) des radioéléments naturels, 234Th, 7Be et 210Pb, et artificiels, 137Cs et 131I, dans le Lot, la Garonne et l’estuaire de la Gironde, a permis de distinguer les différentes étapes du transport des particules en relation avec l’hydrologie. L’atout de l’utilisation de ces traceurs est d’accéder à de premières estimations du temps de résidence des sédiments et du pourcentage des fractions anciennes et récentes. Dans le Lot et la Garonne, il existe une rétention des particules (2-89 jours) pendant l’étiage et les débits moyens, et de fortes remises en suspension des sédiments anciens à débits élevés. La moyenne du pourcentage des sédiments récents dans les rivières est d’environ 25 %, ce qui montre que les matériaux en suspension (MES) dans les rivières sont dominés par des sédiments anciens. Dans l’estuaire de la Gironde, le temps de résidence varie en fonction de l’hydrologie des rivières : pendant les périodes de forts débits, le temps de transit des particules de la Réole jusqu’à l’océan est seulement de quelque mois (~150 jours) ; alors que pendant les périodes d’étiage, l’âge des sédiments augmente dans la zone de turbidité maximum atteignant jusqu’à 400 jours.
-radioisotopes : 234Th 7Be 210Pb 238U 137Cs
-temps de résidence
-transport des particules
-matières en suspension
-bassin versant Lot-Garonne-Dordogne-Gironde
-système fluvio-estuarien
-Lot
-Gironde
The main objective of this study was to develop short-lived radioisotopes (234Th, 7Be and 210Pb) as tracers of particle transport in the Garonne-Dordogne-Gironde watershed. Firstly, the possibility to use 234Th/238U pair to study particle residence time in the Gironde fluvial-estuarine system was tested. The results show that dissolved 238U should be greater than 5 mBq l-1 to permit this application in fluvial systems. Secondly, the two years monitoring of natural radioisotopes, 234Th, 7Be and 210Pb, and artificial radioisotopes, 137Cs and 131I, in the Garonne and Lot rivers and in the Gironde Estuary, had allowed to observe the dynamic of particle transport, linked to the river flow. Based on this database, preliminary particle residence times and percentages of the new and old sediments were estimated. In the Lot and Garonne rivers, the particle retention ranges between 2-89 days during low and mean river discharges. The percentage of the new sediments is average 25 %, which indicates that the old resuspended sediments are dominated the suspended particulate matters (SPM). In the Gironde estuary, the particle residence time is mainly controlled by river discharge. The particle residence time during low river discharge is about 400 days. When the river discharge is increasing, the freshwaters are predominant in the estuary, the maximum turbidity zone (TMZ) is dispersed and the old sediments transported toward the ocean. During this period the particle residence time is only few months.
-radioisotopes : 234Th 7Be 210Pb 238U 137Cs
-137Csparticle transport and residence time
-watershed Lot-Garonne-Dordogne-Gironde
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13701/document
N° d’ordre 3701
THESE
Présentée à
L’UNIVERSITE BORDEAUX1
Ecole Doctorale Sciences et Environnements
ellePar M Hanna-Kaisa Saari
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR
Spécialité : Géochimie et Ecotoxicologie
Dynamique saisonnière des transferts particulaires dans les systèmes
fluviaux-estuariens : application des radioisotopes à courtes périodes :
234 7 210Th, Be et Pb
Soutenue le 9 Décembre 2008
Devant la commission d’examen formée de :
M. Gérard Blanc Professeur, Université Bordeaux1 Examinateur
M. Dominique Boust Chef de laboratoire, IRSN/DEI/SECRE/LRC Rapporteur
M. Patrice Castaing Professeur, Université Bordeaux1 Président
M. Thomas Condom Chercheur IRD, Lima Pérou Examinateur
M. Jean-Marie Mouchel Professeur, Université Pierre et Marie Curie Rapporteur
Mme Sabine Schmidt Chercheur CNRS, Université Bordeaux1 Directrice de thèse
Avant-propos
Je remercie de tout cœur toutes les personnes qui m’ont donné la possibilité de réaliser cette
thèse au sein du laboratoire EPOC à Bordeaux en France et qui m’ont orientée dans mes
questionnements scientifiques, aidée dans les missions de prélèvement, les analyses en
laboratoire, dans le travail en général et enfin dans la vie de tous les jours :
La directrice de ma thèse : Sabine Schmidt
Le jury : Gerard Blanc, Dominique Boust, Patrice Castaing, Thomas
Condom et Jean-Marie Mouchel
Les chercheurs : Jörg Schäfer, Henry Etcheber, Alexandra Coynel, Philippe
Hubert, Benoit Sautour
Les ingénieurs d’étude et les techniciens : Georges Oggian, Hérve Derriennic,
Jean-Pierre Lissalde, Gilbert Lavaux, Cécile Bossy, Eric Maneux
Et bien sur mes collègues et mes proches.
Table des matières
Table des matières
Introduction ......................................................................................................... 9
1. Généralités sur le transport des sédiments du continent vers l’océan et
sur les radioéléments comme traceurs des particules.................................... 15
1.1 Transport sédimentaire du continent vers l’océan .................................................. 15
1.2 Intérêt des radioéléments dans l’étude des transferts particulaires continent-océan
....................................................................................................................................... 17
2341.2.1 Th ........................................................................................................................ 18
210 71.2.2 Pb et Be.............................................................................................................. 21
137 1311.2.3 Cs et I .............................................................................................................. 23
2. Matériaux et méthodes.................................................................................. 25
2.1 Zones d’études ........................................................................................................ 25
2.1.1 Les rivières : le Lot, la Garonne et la Dordogne ..................................................... 26
2.1.2 L’estuaire de la Gironde.......................................................................................... 26
2.2 Stratégie d’échantillonnage..................................................................................... 27
2.2.1 Les rivières .............................................................................................................. 28
2.2.2 L’estuaire................................................................................................................. 29
234 7 2102.3 Analyses de radioisotopes Th, Be et Pb ........................................................ 29
2.3.1 Fraction particulaire ................................................................................................ 30
2.3.2 Fraction dissoute ..................................................................................................... 31
2.3.3 Spectrométrie gamma.............................................................................................. 32
2382.4 Analyse de U....................................................................................................... 36
2.4.1 Fraction dissoute ..................................................................................................... 36
2.4.2 Fraction particulaire ................................................................................................ 37
2.4.3 Spectrométrie alpha................................................................................................. 37
2.5 Mesure des matières en suspension (MES) ............................................................ 38
2343. Faisabilité de la méthode Th..................................................................... 41
2383.1 U particulaire....................................................................................................... 41
2383.2 U dissous............................................................................................................. 43
2383.3 Article : Variations spatio-temporelles des concentrations de U dissous dans le
système fluvio-estuarien de la Gironde (France).......................................................... 45
3.4 Conclusion .............................................................................................................. 55
4. Le temps de résidence des particules dans les rivières .............................. 59
4.1 Hydrologie et taux de MES des rivières d’intérêt pendant la période d’étude....... 59
4.1.1 Tendance générale de l’hydrologie et du taux de MES .......................................... 59
4.1.2 Situations hydrologiques particulières pendant la période d’étude......................... 61
Saari 2008 1 Table des matières
234 74.2 Variations spatio-temporelles des activités et des rapports d’activités de Th, Be
210et Pb........................................................................................................................... 63
2344.2.1 Les variations spatio-temporelles du Th particulaire........................................ 63 xs
7 2104.2.2 Les variations spatio-temporelles du Be et du Pb particulaires....................... 66 xs
4.2.3 Les variations spatio-temporelles des rapports d’activités (AR) ............................ 69
7 2104.2.4 Proposition d’un schéma d’évolution de l’AR Be/ Pb en fonction des xs
conditions hydrologiques ................................................................................................. 72
2344.3 Temps de résidence des particules au moyen du Th........................................... 73
2344.3.1 Introduction générale du modèle générique du Th.............................................. 73
7 2104.4 Calcul du temps de résidence des particules avec le Be et le Pb xs
individuellement ........................................................................................................... 74
4.4.1 Introduction générale des modèles existants........................................................... 74
7 2104.4.2 Le flux atmosphérique du Be et du Pb dans le bassin versant de la Garonne-
Dordogne-Gironde ........................................................................................................... 79
74.4.3 Temps de résidence des particules dans le Lot et dans la Garonne, estimé avec Be
210et le Pb utilisés individuellement ............................................................................... 81 xs
7 2104.5 Calcul du temps de résidence des particules basé sur le rapport Be/ Pb .......... 88 xs
4.5.1 Introduction générale des modèles existants........................................................... 88
4.5.2 Temps de résidence des particules dans le Lot et dans la Garonne basé sur l’AR
7 210Be/ Pb ........................................................................................................................ 90 xs
131 1374.6 Données complémentaires : les radioisotopes artificiels I et Cs..................... 96
4.6.1 Iode-131 .................................................................................................................. 96
4.6.2 Césium-137 ............................................................................................................. 97
4.7 Tentative de correction des âges de MES de la resuspension ................................ 99
4.8 Conclusion ............................................................................................................ 101
5. Dynamique des particules dans l’estuaire de la Gironde........................ 107
5.1 Introduction......................................................................................................
