Topic description
L'intensification des activités agricoles est souvent identifiée comme le facteur principal menant à la contamination des eaux souterraines et à l'eutrophisation des zones humides [1, 2, 3], au travers de (i) l'augmentation directe de la charge en azote (N) et en phosphore (P) dans les eaux du réseau hydrographique de surface (rivières, fossés) et dans la nappe libre, et de (ii) l'apport supplémentaire de nutriments véhiculé par l'érosion des sols et accentué par le labourage des champs agricoles. Si à un premier stade, l'eutrophisation peut conduire à une augmentation de la production primaire et donc à la séquestration et au stockage de la matière organique, à terme cela peut provoquer un glissement typologique de la communauté végétale, correspondant à la disparition des végétaux enracinés et à la désoxygénation permanente de la colonne d'eau et du sédiment [4, 5]. Les milieux aquatiques eutrophes tendent aussi à émettre des quantités de gaz à effet de serre (GES) supérieures à celles mesurées dans ceux non-eutrophes [6, 7]. Des relations directes entre les émissions de méthane (CH4) et le niveau trophique des milieux aquatiques sont mises en évidence, en lien avec des conditions anoxiques du sédiment. De même, les zones humides les plus connectées au réseau hydrographique de surface, et donc à une pollution par les nitrates, seraient des hotspots d'émission de protoxyde d'azote (N2O), en lien avec la dénitrification incomplète [8, 9]. Les pratiques agricoles ont donc un impact potentiel sur les zones humides, touchant à la fois à la qualité de l'eau, à la santé des sols, à la biodiversité et contribuant aux émissions de GES [10].
Les missions du/de la thésard(e) seront :
1) d'exploiter un jeu de données existant sur la chimie des mares temporaires, afin de dégager des premières tendances spatiales et temporelles de la pollution en nitrate dans le plateau landais. En complément, l'analyse bibliographique permettra de résumer les avancées sur les connaissances de la thématique dans d'autres bassins versants aux caractéristiques pédologiques similaires (milieu sableux poreux) ;
2) de vérifier l'origine des nitrates à travers des approches directes (analyse isotopique dans les mares et dans l'eau de nappe) et de modélisation (transport en milieu souterrain). Ces deux approches permettront de i) délimiter spatialement un périmètre de conservation à réaliser autour de la mare, dans une optique de gestion du site, et de ii) quantifier les flux en fonction du cycle hydrologique d'assèchement et remise en eau, et donc d'identifier les dynamiques temporelles de diffusion des nitrates liées à la pluviométrie ;
3) d'évaluer l'impact de la pollution diffuse sur le niveau trophique des mares temporaires et sur le bilan des émissions des GES (CO2, CH4 et N2O). Il s'agira de réaliser un suivi temporel et spatial de la physico-chimie, de la végétation et des sédiments, permettant de i) obtenir un bilan des émissions de GES à l'échelle annuelle et faire le lien avec l'hydropériode et la pluviométrie et de ii) caractériser le contenu élémentaire en carbone et en azote dans la végétation et dans les sédiments pour obtenir des tendances à l'échelle spatiale de l'accumulation d'azote, en lien avec la proximité des activités agricoles et leur réseau de drainage ;
4) de coordonner le réseau de gestionnaires participants aux campagnes de prélèvement ; de produire des supports de vulgarisation pour les informer régulièrement ; de publier les résultats de la thèse dans des journaux internationaux à comité de lecture.
La thèse se déroulera au sein de l'UMR EPOC et sera dirigée par Michel FRANCESCHI, et co-encadrée par Cristina RIBAUDO et Olivier ATTEIA.
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The intensification of agricultural activities is often identified as the main factor leading to groundwater contamination and the eutrophication of wetlands [1, 2, 3], through (i) the direct increase in nitrogen (N) and phosphorus (P) loading in surface waters (rivers, ditches) and the unconfined aquifer, and (ii) the additional input of nutrients carried by soil erosion and exacerbated by tilling agricultural fields. While in the first stage, eutrophication can lead to an increase in primary production and thus to the sequestration and storage of organic matter, in the long term it can cause a typological shift in the plant community, corresponding to the disappearance of rooted plants and the permanent deoxygenation of the water column and sediment [4, 5]. Eutrophic aquatic environments also tend to emit higher quantities of greenhouse gases (GHGs) than those measured in non-eutrophic environments [6, 7]. Direct relationships between methane (CH4) emissions and the trophic level of aquatic environments have been demonstrated, linked to anoxic sediment conditions. Similarly, wetlands most connected to the surface water network, and therefore to nitrate pollution, are thought to be hotspots for nitrous oxide (N2O) emissions, linked to incomplete denitrification [8, 9]. Agricultural practices thus have a potential impact on wetlands, affecting water quality, soil health, biodiversity, and contributing to GHG emissions [10].
The PhD candidate's tasks will be:
1) to analyze an existing dataset on the chemistry of temporary ponds in order to identify initial spatial and temporal trends in nitrate pollution on the Landes plateau. In addition, a literature review will summarize the progress made in understanding this topic in other watersheds with similar soil characteristics (porous sandy soils);
2) to verify the origin of nitrates through direct approaches (isotopic analysis in ponds and groundwater) and modeling (transport in the subsurface). These two approaches will allow us to i) spatially delineate a conservation area around the pond, with a view to site management, and ii) quantify the fluxes according to the hydrological cycle of drying and refilling, and thus identify the temporal dynamics of nitrate diffusion related to rainfall;
3) To assess the impact of diffuse pollution on the trophic level of temporary ponds and on the greenhouse gas (GHG) emission balance (CO2, CH4, and N2O). This will involve temporal and spatial monitoring of the physicochemical properties, vegetation, and sediments, allowing us to i) obtain an annual GHG emission balance and link it to hydroperiod and rainfall, and ii) characterize the elemental carbon and nitrogen content in the vegetation and sediments to identify spatial trends in nitrogen accumulation related to the proximity of agricultural activities and their drainage networks; 4) To coordinate the network of managers participating in sampling campaigns; to produce outreach materials to keep them regularly informed; and to publish the thesis results in international peer-reviewed journals.
The thesis will take place within the UMR EPOC and will be directed by Michel FRANCESCHI, and co-supervised by Cristina RIBAUDO and Olivier ATTEIA.
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Début de la thèse : 05/10/
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Contrat doctoral Région Aquitaine
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