Etude de limpact des apports du Rhône sur la biogéochimie des sédiments du prodelta

Devant le jury composé de : M. BENEDETTI ..... Professeur (Univ. Paris Diderot) .......... Directeur de Thèse E. VIOLLIER ...... MCF (Univ. Paris Diderot) ................. Co-encadrant B. DEFLANDRE ..... MCF (Univ. Bordeaux I) .................... Co-encadrant F. MEYSMAN ....... Directeur de recherche (NIOO, KNAW) ....... Examinateur P. ANSCHUTZ ...... Professeur (Univ. Bordeaux I) ............. Rapporteur O. RAGUENEAU ..... Directeur de recherche (Univ. Brest) ...... Rapporteur Résumé: L'objectif principal de ce travail était d'étudier les processus biogéochimiques au sein des sédiments du prodelta du Rhône (France), et de contraindre les facteurs influant sur la minéralisation du carbone dans ce système hautement dynamique. L'utilisation de microélectrodes a permis l'obtention de profils haute résolution d'oxygène dissous et le calcul des flux diffusifs d'oxygène à l'interface eau/sédiment. En parallèle, des incubations de carottes sédimentaires ont été réalisées afin de mesurer les flux benthiques totaux d'oxygène dissous et de nutriments. A chaque station visitée, une carotte sédimentaire à été découpée sous atmosphère d'azote et les espèces dissoutes impliquées dans les processus de diagenèse précoce (Fe2+, Mn2+, H2S, NO3-, NH4+, PO43-, DOC, DIC, SO42-) ainsi que les principales caractéristiques de la phase solide (porosité, Mn, Fe, P, Corg et Cinorg, N) ont été mesurées. Les données de terrain couplées à l'utilisation d'un modèle numérique diagénétique ont permis de quantifier les processus de minéralisation, ainsi que les flux de dégradation et d'enfouissement du carbone organique. Les résultats montrent une influence marquée des apports du Rhône sur les taux de minéralisation oxique et anoxique. L'influence du Rhône au niveau sédimentaire est néanmoins restreinte à la zone du prodelta. Qualitativement, les apports du Rhône, bien que majoritairement d'origine terrigène, sont constitués de matière organique réactive avec des taux de dégradation élevés (22-29 an-1). Quantitativement, le fort taux de sédimentation dans la zone du prodelta est responsable d'un enfouissement rapide couplé à des processus intenses de dégradation anaérobie (e.g. réduction des sulfates). Une précipitation intense des produits de la diagenèse précoce a été mis en évidence (>98%), ainsi que l'occurrence de réactions secondaires et transitoire, avec notamment de la nitrification anaérobie après un dépôt de sédiments riches en matière organique. Les apports pulsés du Rhône ont des compositions variables qui vont de ce fait influencer le devenir de la matière organique. L'occurrence d'une crue du Rhône en Juin 2008 a été responsable d'un apport massif de matière particulaire (5.4 106 tC en 10 jours, dépôt de crue dans le prodelta d'environ 30 cm). La réponse immédiate du système a pu être observée, et s'est traduite par (1) une rapide migration du front redox (quelques heures), (2) une diminution des consommations en oxygène (20-30%), (3) la réduction des oxydes de fer authigènes à l'ancienne interface eau/sédiment et (4) une accumulation significative de manganèse dissous au sein du dépôt de crue. Mots clés : Diagenèse précoce, nutriments, matière organique, marge continentale, modélisation, crue. Abstract: The main purpose of this work was to study the biogeochemical processes in sediments from the Rhône prodelta area (France), and to assess which parameters are likely to control the carbon mineralization within this highly dynamic system. Microelectrodes were used to measure high-resolution sediment profiles of oxygen and calculate the corresponding diffusive fluxes through the water/sediment interface. In parallel, sediment cores incubations were assessed to directly measure the benthic fluxes of oxygen and nutrients. Core slicing under nitrogen atmosphere allowed for the determination of several dissolved species (Fe2+, Mn2+, H2S, NO3-, NH4+, PO43-, DOC, DIC, SO42-) together with solid phase characteristics (porosity, Mn, Fe, P, Corg et Cinorg, N). These measurements were combined with a numerical diagenetic model to quantify the mineralization processes together with fluxes of degraded organic carbon and its burial. Results show that respiration processes are largely influenced by the Rhône River particulate inputs. This influence in terms of particulate export is restricted to the prodelta area. The organic matter from the Rhône River is composed of fresh terrestrial material as indicated by high first-order degradation constants (22-29 yr-1). The high sedimentation rates are mainly responsible for the massive burial of carbon, together with an intense anaerobic degradation (e.g. sulfate reduction). Precipitation of diagenetic products was evidenced (>98%) as well as secondary and transitory reactions like the anaerobic nitrification after the deposition of an organic-rich layer. The pulsed inputs of the Rhône River have some compositional differences that may lead to changes in mineralization rates. A flood of the Rhône River occurred in June 2008 and delivered a significant amount of new particulate matter (5.4 106 tC in 10 days leading to a ~30 cm flood deposit in the prodelta). An immediate response of the prodeltaic system was observed, with (1) the rapid migration of the redox front (in a few hours), (2) a drop in oxygen consumption (20-30%), (3) the reduction of authigenic iron oxides at the old sediment/water interface and (4) a massive production of dissolved manganese within the flood deposit. Keywords: early diagenesis, nutrients, organic matter, continental margins, modeling, flood event.