Caractérisation et contribution de la fraction colloïdale dans la mobilité et la (bio)disponibilité du phosphore sédimentaire

Discipline

Eau, Sol, Environnement

Classification

Sciences de la terre

Mots-clés libres

Retenue de barrage, Matière organique, Fer, Oxydo-réduction, Cycle séchage/humidification, Anoxie, Marnage, Variabilité spatiale, Biodisponibilité, Mobilité, Phosphore, Colloïde, Sédiment

Mots-clés

Phosphore,

Colloïdes,

Sédiments (géologie),

Barrages

Le relargage de phosphore sédimentaire constitue une source interne de nutriments dans les eaux conduisant à l’eutrophisation des milieux aquatiques, en particulier des retenues. Les connaissances actuelles concernant le relargage du P sédimentaire ne tiennent pas compte de la fraction colloïdale, qui est pourtant considérée comme une importante phase porteuse de P, très mobile et potentiellement biodisponible. Cette thèse souligne le rôle majeur des colloïdes sédimentaires vis-à-vis de leur teneur en phosphore ainsi que leur fort potentiel à être mobilisé dans l’eau. Il a été démontré que les colloïdes sont une composante intrinsèque essentielle des sédiments au sein du barrage de Champsanglard (Creuse, France) et qu’ils peuvent être remobilisés à hauteur de 2.3 % de la masse totale du sédiment lors de la resuspension de ce dernier. Le phosphore colloïdal représentait jusqu’à 6 % du phosphore sédimentaire total et 80 % du phosphore total mobilisable. L’étude des différents protocoles d'extraction, de séparation et de conservation des sédiments a permis de proposer une méthodologie opérationnelle permettant la sélection du protocole le plus approprié. Il est ainsi recommandé de réaliser les extractions de colloïdes sur sédiment humides, par une méthode douce (agitation) et de réaliser la séparation des colloïdes extraits par filtration avec une étape de pré-séparation. Les centrifugations successives sont déconseillées car elles conduisent à une estimation biaisée de la quantité et de la qualité des colloïdes extraits. Au travers de l’étude de la retenue de Champsanglard, il a été mis en évidence une forte hétérogénéité de la répartition spatiale de la quantité et de la qualité des colloïdes sédimentaires et du P associé. La granulométrie des sédiments, l'hydrodynamique des écoulements, la présence d'affluents et le marnage apparaissent comme des facteurs clés. La plus importante quantité de colloïdes mobilisables et en particulier les colloïdes de plus grande taille (0.2 – 1 μm) concerne les sédiments lacustres des zones profondes, en amont de la confluence avec les tributaires. Les sédiments de berge régulièrement impactés par le marnage de l’eau relarguent du phosphore sous une forme biodisponible (forme dissoute et nano/petits colloïdes). En condition anoxique, les sédiments ont la capacité de libérer du phosphore colloïdal, dans des proportions largement supérieures au phosphore dissous. Jusqu’à 40 % du phosphore sédimentaire total a ainsi été remobilisé sous forme colloïdale. Lorsque les conditions redeviennent oxiques, une majeure partie du phosphore mobilisé persiste en solution et notamment sous la forme de colloïdes de tailles petites et intermédiaires (300 KDa - 0.45 μm). En conditions d’oxydo-réduction variables, les processus biogéochimiques impliquant le fer et la matière organique seraient les paramètres clés contrôlant la mobilité du P colloïdale. Ce travail met en évidence la nécessité de considérer la contribution des colloïdes pour l’évaluation de la mobilité et de la biodisponibilité du P, en particulier en contexte de retenue de barrage.