Axe 2 : Fonctionnement biogéochimique de l'estuaire de la Loire

Edouard Metzger Pays de la Loire
Action 2.1 Fonctionnement biogéochimique des vasières Edouard Metzger

sous-action 2.1.2 Géochimie du sédiment Edouard Metzger

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Le but de cette étude est de comprendre la dynamique spatio-temporelle du cycle du carbone dans la vasière des Brillantes.

L'analyse temporelle est réalisée par un échantillonnage saisonnier et une comparaison solide/dissous. (4 campagnes ont été réalisées en septembre 2012 et mai 2015). En effet, l'analyse de la phase dissoute permet de connaître les mécanismes de reminéralisation du carbone organique en cours. Il est réalisé par mesure directe par microélectrode (oxygène, pH) ou par échantillonnage par diffusion (DET) puis analyse colorimétrique (Alcalinité, Fer, Phosphate), chromatographique (Chlorures et sulfates) et ICP MS (Manganèse et autres éléments traces). L'analyse de la phase solide témoigne de la réactivité du milieu sur une échelle de temps plus large (plusieurs mois/année/décennie). Du sédiment est prélevé suivant sa profondeur et étudié en fonction de paramètres physiques (granulométrie, porosité) ou chimique (spéciation du carbone organique particulaire, concentration totale en métaux et concentration dans les phases réactives).

Un transect rive-fleuve est réalisé pour mettre en évidence l'influence relative des apports du bassin versant proche et de l'estuaire. Enfin la micro-échelle permet de mettre en évidence l'influence du microphytobenthos, de la  granulométrie et de la faune benthique sur les processus de minéralisation du carbone.

Cette dernière échelle spatiale est abordée par la mise au point de techniques novatrices d'échantillonnage et d'analyse présentées ci-dessous :


1- Imagerie simultanée d'une coupe de sédiment et de la composition chimique de l'eau interstitielle : « les mâchoires »

 

(a) Vue schématique du système mâchoires permettant le déploiement d'une sonde 2D-DET et l'échantillonnage simultané du sédiment en regard de cette sonde, (b) Photographie du sédiment échantillonné dans la vasière des Brillantes, (c) Photographie de la sonde DET-2D après réactions colorimétriques : le fer dissous apparaît en magenta et le phosphore dissous en turquoise, (d) distribution des concentrations en fer dissous représenté en fausses couleurs (A de Chanvalon et al., Biogeosciences, 2015).


2- Distribution en 2 dimensions de la production/consommation des espèces chimiques dissoutes dans les eaux interstitielles à haute résolution


Méthode de Savitzky-Golay pour le calcul des gradients chimiques en tout point à partir de la modélisation d'un polynôme de degree 3 permettant le calcul de production/consommation des espèces chimiques cartographiées appliqué au jeu de données présenté plus haut : (a) profil de porosité (triangle) et modèle exponentiel de décroissance de la porosité (variable d'entrée dans le modèle); (b) données expérimentales (fer dissous), (c) flux vers le bas (rouge) et vers le haut (bleu) estimés par SG; (d) estimation des taux de réaction par SG (A de Chanvalon et al., Marine Chemistry, 2016).


3- distribution simultanée de nitrate et nitrite à haute résolution et en 2 dimensions à travers l'interface eau sédiment


A droite : exemple de cartographie du nitrate dissous dans un sédiment de la vasière des Brillantes. A gauche : profils extraits de l'image de gauche permettant d'illustrer l'hétérogénéité spatiale de la teneur en nitrate à l'interface eau sédiment (Metzger et al., en révision à Environmental Science and Technology).



Cette action est menée en collaboration entre le LPGN-BIAF, l'IFREMER,  le LETG  et MMS.

Valorisation scientifique


Thibault de Chanvalon, A., Metzger, E., Mouret, A., Cesbron, F., Knoery, J., Rozuel, E., Launeau, P., Nardelli, M. P., Jorissen, F. J. and Geslin, E.: Two-dimensional distribution of living benthic foraminifera in anoxic sediment layers of an estuarine mudflat (Loire Estuary, France), Biogeosciences, 12(20), 6219-6234, doi: 10.5194/bg-12-6219-2015, 2015.

 

Thibault de Chanvalon, A., Metzger, E., Mouret, A., Cesbron, F., Knoery, J., Launeau, P., Geslin, E., Van de Velde, S. and Meysman, F.: A new view of iron cycling in intertidal mudflat: Two dimensional mapping of iron and phosphorus release at submillimeter scale, vol. 25th Goldschmidt, Prague., 2015.

 

Thibault de Chanvalon, A., Metzger, E., Mouret, A., Cesbron, F., Knoery, J., Launeau, P., Geslin, E., Van de Velde, S. and Meysman, F.: Geochemical rates estimed from two-dimensional distributions of dissolved iron and phosphate from an intertidal estuarine mudflat, Bordeaux, 2015.

 

Metzger, E., Thibault de Chanvalon, A., Mouret, Geslin, E., Beneteau E., Nardelli M.-P., Maillet G., Médéler V., Knoery, J., Launeau, P.: Influence of hydrology on manganese and iron deposition and recycling in an intertidal mudflat of Loire estuary, 25th Goldschmidt, Prague, 2015.

 

Metzger, E., Thibault de Chanvalon, A., Mouret, Geslin, E., Beneteau E., Nardelli M.-P., Maillet G., Chauvin C., Médéler V., Knoery, J., Brach-Papa C., Launeau, P. :. Influence of Loire estuary's hydrology on diagenetic processes of an intertidal mudflat: focus on iron remobilization. 13th International Estuarine Biogeochemistry Symposium, Bordeaux, June 2015

 

Thibault de Chanvalon, A., Metzger, E., Mouret, A., Cesbron, F., Knoery, J., Launeau, P. and Geslin, E.: Two dimensional relations between solid and dissolved phase of iron and phosphorus in the Loire estuary's sediments, Bordeaux, 2015.

 

Thibault de Chanvalon, A., Metzger, E., Mouret, A., Cesbron, F., Knoery, J., Launeau, P. and Geslin, E.: Two-dimensional distribution of living benthic foraminifera in anoxic sediment layers of an estuarine mudflat (Loire Estuary), Liège., 2014.

Articles soumis


E. Metzger, A. Thibault de Chanvalon, F. Cesbron, A. Barbe, P. Launeau, D. Jézéquel, A. Mouret.

Simultaneous nitrite/nitrate imagery at submillimeter scale through the water-sediment interface. Environmental and Science Technology.

 

A. Thibault de Chanvalon, E. Metzger, A. Mouret, J. Knoery, E. Geslin, F.J.R. Meysman. Two dimensional mapping of iron release in marine sediments at submillimetre scale. Marine Chemistry.

 

A. Thibault de Chanvalon, A. Mouret, J. Knoery, E. Geslin, O. Péron, E. Metzger. Manganese, iron and phosphorus recycling in a estuarine mudflat, Loire, France. Journal of Sea Research.