Dynamique des échanges de composés dissous à l interface eau-sédiment en Baie du Mont Saint-Michel.

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Adélaïde Brunelle
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Université des Sciences et Technologies de Lille 1 Station Marine de

1 Dynamique des échanges de composés dissous à l interface eau-sédiment en Baie du Mont Saint-Michel. DENIS L., RAUCH M., JANQUIN M.-A. Université des Sciences et Technologies de Lille 1 Station Marine de Wimereux FRE 2816 ELICO WIMEREUX, France Lionel.Denis@univ-lille1.fr lille1.fr

2 Problématique générale Thème I: Capacité trophique de la Baie du Mont Saint-Michel. Prise en compte de la production primaire pélagique et microphytobenthique, la production secondaire pélagique (zooplancton) et benthique (macrozoobenthos), et les consommateurs secondaires (oiseaux et poissons). Les transferts et flux entre les différents compartiments physiques (interface eau/sédiment) et biologiques sont analysés et une modélisation biologique incluant la production primaire et les consommateurs primaires sera proposée. Quelle est la dynamique temporelle des processus de recyclage de la matière organique dans les sédiments superficiels? Ces processus sont-ils homogènes spatialement? Quels facteurs influencent cette variabilité?

3 La minéralisation benthique (D après Froelich et al., 1979) Les flux de substances dissoutes sont donc le reflet du recyclage de la matière organique dans les sédiments superficiels

4 Sites étudiés 2 radiales contrastées : Cancale, aspect envasé Cherrueix, aspect sableux 3 niveaux : 2m, 5m et 7m 4 saisons sur 2 années Mission 1 Printemps Mission 2 Automne Mission 3 Hiver Mission 4 Eté T ( C) Coef. Date /04/03 17/04/ /10/03 24/10/ /02/ /07-01/08/04 01/08/04

l ) 314 312 310 308 Eau surnageante 306 304

5 Mesures des flux totaux par incubation de carottes: Nourrice O2 (µmol.l ) Eau surnageante temps (h) Calcul d un flux total 15

6 Analyses de l eau interstitielle Profils d oxygène Micro-électrodes Centrifugation Autoanalyseur NO 3, NO 2, PO 4 2-, Si(OH) 4 Colorimétrie NH 4

Microprofils d oxygène Toutes les mesures étaient effectuées - au noir - dès le retour à la Maison de la Baie Microélectrodes à oxygène - Polarographiques de type Clark - Diamètre de tête: 100µm

7 Microprofils d oxygène Toutes les mesures étaient effectuées - au noir - dès le retour à la Maison de la Baie Microélectrodes à oxygène - Polarographiques de type Clark - Diamètre de tête: 100µm Profondeur (µm) Exemple: Cancale 7m, Automne [O2] µm Méthode de Sweerts et al. (1989) pour la localisation de l interface eau-sédiment comme la rupture de pente dans le gradient vertical.

8 Principaux résultats: Structure du sédiment Porosité Très peu de variations temporelles de porosité Profondeur (cm) Cherrueix Cancale 2m 5m 7m 2m 5m 7m - Différence marquée entre Cancale et Cherrueix en terme de porosité (nature du substrat) et de variabilité (structuration + prononcée) - Pas de différence sur une même radiale, à l exception de Cherrueix 2m, plus riche en particules fines

9 Echanges à l interface eau-sédiment Flux d oxygène Flux d oxygène (µmol.m -2.h -1 ) Printemps Eté Automne Hiver 2 m 5 m 7 m 2 m 5 m 7 m - Malgré la nature sédimentaire très différente, pas de différence marquée de minéralisation oxyque - Pas de gradient pérenne sur une radiale -Pas de différence globale au cours du suivi temporel Mis à part les flux plus faibles en hiver Cancale Cherrueix

10 Cancale Cherrueix Composés azotés Flux (µmol.m -2.h -1 ) NH 4 + Printemps Eté Automne Hiver Flux NH 4+ /NO 3 - comparables Différence Cancale/Cherrueix marquée 0 NO 3 - Gradient nul à Cherrueix mais gradient marqué de 2m à 7m pour Cancale Flux (µmol.m -2.h -1 ) Cycle saisonnier très net avec maximum estival 2 m 5 m 7 m 2 m 5 m 7 m

saisonnière identique aux autres sels nutritifs Pas de gradient

11 Silicium dissous Flux de Silicates (µmol.m -2.h -1 ) Si(OH) 4 2 m 5 m 7 m 2 m 5 m 7 m Schéma de variation saisonnière identique aux autres sels nutritifs Pas de gradient à Cherrueix Par contre flux décroissants de 2 m à 7 m pour Cancale Cancale Cherrueix

12 Profils dans l eau interstitielle: Oxygène Cancale Cherrueix [O2] µm [O2] µm Profondeur (µm) Cancale 2m Cancale 5m Cancale 7m Cherrueix 2m Cherrueix 5m Cherrueix 7m Peu de variations temporelles - Pas de gradient marqué sur une radiale - Profil de tassement sur des particules fines à Cancale - Granulométrie plus grossière et peu tassée à Cherrueix

13 Profils dans l eau interstitielle: NH + 4 Profondeur (cm) [NH 4+ ] µm [NH 4+ ] µm Printemps Eté Automne Hiver Cancale Profondeur (cm) Printemps Eté Automne Hiver Cherrueix Différence d échelle!!! - Evolution temporelle nette

14 Profils dans l eau interstitielle: NO - 3 [NO 3- ] µm [NO 3- ] µm Profondeur (cm) Cancale Printemps Eté Automne Hiver Profondeur (cm) Cherrueix Printemps Eté Automne Hiver Même échelle!!! - Evolution temporelle marquée

15 Principaux facteurs de variation Concentrations en éléments dissous de l eau surnageante Processus diffusifs Température Métabolisme bactérien + Dissolution/ Précipitation SN Nature du sédiment Apports Particules fines O 2 NH + 4 NO - 3 NO - 2 PO 2-4 Si(OH) 4 Conc -0,148 0,352 0,256-0,251-0,051 0,562 Temp 0,237 0,502 0,520 0,057 0,779 0,581 Poro surf 0,202 0,583 0,341-0,298 0,156 0,544 Coefficients de corrélation de Pearson, n = 24 O 2 Azote Phosphore Silice Pas de relation directe avec les facteurs évoqués, relation apports MO? Relation avec température, rôle important de la nature du sédiment Forte relation avec température Relation significative avec tous les facteurs testés

16 Processus de minéralisation O 2?? Comment expliquer une variabilité spatiale et une évolution temporelle nettes pour les flux d ammonium, de nitrates, mais non pour oxygène?

17 Processus de minéralisation Apports erratiques, irréguliers de MO en surface Consommation O 2, Rejet NH 4 + Rejet NH 4 + Rejet NH 4 + Intégration sur des échelles de temps plus grandes

18 Comparaison avec d autres systèmes intertidaux Manche Orientale, intertidal, printemps W: Plage battue de Wimereux SC: Plage abritée de Ste Cécile ES: Estuaire de la Canche (sable vaseux) EM: Estuaire de la Canche (vase) Résultats cohérents avec un système sablo-vaseux (Cherrueix) à vaseux (Cancale) intertidal

19 Comparaison avec d autres systèmes intertidaux Manche Orientale, intertidal, printemps W: Plage battue de Wimereux SC: Plage abritée de Ste Cécile ES: Estuaire de la Canche (sable vaseux) EM: Estuaire de la Canche (vase) MAIS, flux de nitrates du même ordre de grandeur que les flux d ammonium: 1) nitrification intense ou 2) accumulation de nitrates dans les sédiments

20 Conclusions - Les sédiments de l Ouest de la baie du Mont-Saint-Michel sont une source importante de sels nutritifs (nitrates en particulier) - Le gradient bathymétrique n a que très peu d influence sur les processus de minéralisation et les flux à l interface eau-sédiment - La dynamique du recyclage semble fortement dépendante du cycle saisonnier qui se répercute surtout sur la minéralisation anoxique - Les processus de minéralisation oxyque sont très variables, probablement en réponse à des apports de MO très variables dans l espace et le temps

21 Perspectives - Rôle du microphytobenthos à micro-échelle sur les processus de minéralisation - Comparaison des flux dissous avec les autres sources d apports, les stocks et les besoins pour la production primaire dans la colonne d eau

22 Un grand merci... A G. Boucher, et tous nos collègues terrain A tout l équipage de la Maison de la Baie (Le Vivier sur Mer) Aux mytiliculteurs et ostréiculteurs

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