Contraintes des traceurs isotopiques sur les relations concentration-débit dans la Zone Critique

Les rivières sont des intégrateurs des réactions biogéochimiques et des voies d’écoulement des eaux dans la zone critique, définie comme la couche externe de la planète, allant de la végétation jusqu’aux eaux souterraines. Les variations de concentration et de débit dans les rivières (« C-Q ») sont des indicateurs utiles de ces processus. L’activation de nouvelles voies, la libération d’eau ancienne, et/ou la réaction chimique des matériaux (roche, sol, matière organique) avec l’eau « nouvelle » expliquent ces variations. Cependant, en raison de la complexité de ces systèmes, il est difficile d’utiliser uniquement les abondances des éléments pour résoudre le problème des changements dans les voies de transport et/ou de réaction. Les traceurs réactifs, tels que les rapports isotopiques (« R ») peuvent en outre fournir des signatures reflétant les changements dans les voies d’écoulement ou la réactivité en réponse aux événements hydrologiques.

L’objectif de cette thèse est de mieux contraindre les relations C-Q-R par l’utilisation combinée de traceurs réactifs et de modèles de distribution des temps de transit dans les rivières.  Les sites étudiés sont deux bassins versants de tête : le bassin de Kervidy-Naizin (ArgHys) en France et le bassin de Weierbach au Luxembourg. Nous avons échantillonné à haute fréquence 4 événements de crue et mesuré les isotopes du silicium (δ³⁰Si) et les rapports isotopiques du strontium (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr), ce qui nous a permis d’identifier les principales réactions d’altération se produisant dans les bassins et le mélange de réservoirs distinctifs sur la zone critique. En complément de la modélisation hydrologique à l’aide des fonctions SAS (Storage Age selection functions), nous serons en mesure de mieux comprendre les moteurs des changements biogéochimiques pendant les événements de crue.

Cette thèse est financée par l’ANR et le programme MOPGA, Make our planet great again.