Projet de recherche EV/17 (Action de recherche EV)
Contexte
Les activités anthropiques ont significativement accru les flux de N (azote) et de P (phosphore) transportés par les rivières jusqu’aux zones côtières de la Mer du Nord. En revanche, la principale source terrestre de silice dissoute est liée à l’altération des minéraux silicatés et l’apport de Si (silice) dissoute aux systèmes aquatiques n’a pratiquement pas été modifié. L’apport excédentaire de N et de P, comparé à celui de Si, a conduit à une modification profonde de la composition des espèces phytoplanctoniques, et a donc significativement perturbé de nombreux écosystèmes côtiers.
La rétention de Si dans le continuum rivière-estuaire-zone côtière, qui constitue un filtre sélectif et efficace vis-à-vis des nutriments, est à l’heure actuelle mal connue en raison des lacunes quant à notre connaissance des processus influençant le cycle biogéochimique de Si. Les processus contrôlant le flux de Si dans les rivières méritent donc une meilleure quantification afin d’évaluer leur impact sur la production primaire et ensuite sur la modification de la chaîne alimentaire marine.
Description du projet
Objectifs
L’objectif général du présent projet (http://www.ulb.ac.be/sciences/dste/ocean/SISCO/frame.html) est d’élucider le cycle biogéochimique de Si dans le continuum de l’Escaut, ainsi que la perturbation d’origine anthropique de ce cycle. Nous visons spécifiquement à identifier les sources et les puits de Si dans le continuum aquatique et à quantifier les processus majeurs contrôlant le comportement biogéochimique de Si dans la colonne d’eau et dans les sédiments. Les résultats seront utilisés pour évaluer le budget de la silice et ses flux transportés par l’Escaut vers la baie sud de la Mer du Nord.
Méthodologie
Pour atteindre les objectifs, la présente étude sera menée en combinant 1) l'analyse des données historiques, 2) les mesures de terrain et les investigations en laboratoire et 3) le développement de modèles.
Tout d’abord, une base de données relative à Si sera construite et son analyse permettra d'évaluer l'évolution historique de la concentration en cet élément le long du continuum de l’Escaut. Une série de paramètres physico-chimiques et biologiques de base seront mesurés sur les phases dissoutes et particulaires le long du continuum durant les deux premières années. Des profils de concentration en silice dissoute (SiD) dans les eaux intersticielles et les teneurs en silice biogénique (SiB) dans les sédiments seront mesurés pour quantifier la transformation de Si ayant lieu au cours de la diagénèse précoce.
En plus des campagnes de terrain, les processus biogéochimiques contrôlant la production, la régénération et la rétention de SiB seront étudiés, tant sur le terrain qu'en laboratoire, en utilisant des échantillons naturels et des cultures de diatomées. Des expériences d'incorporation de 14C et de 32Si seront réalisées pour estimer la production primaire par rapport à la production de diatomées. Des essais de dissolution de SiB utilisant des cultures de diatomées seront menés pour évaluer la vitesse de régénération de cet élément biogénique. Les processus diagénétiques seront également étudiés pour estimer les flux de SiD au travers de l'interface eau/sédiment.
Finalement, un module Si sera développé et implémenté au sein d'un modèle couplé hydrodynamique-biogéochimique existant (CONTRASTE) et conçu dès l'origine pour estimer les flux à long terme des espèces réactives dans les estuaires fortement tidaux. Le modèle amélioré permettra d'évaluer la réduction des flux de Si le long du continuum de l'Escaut et d'évaluer son impact sur l'eutrophisation côtière par modification de la chaîne trophique dans la baie sud de la Mer du Nord.
Interaction entre les différents partenaires
Le coordinateur, le Laboratoire d’Océanographie Chimique et Géochimie des Eaux de l’Université Libre de Bruxelles (ULB-LOCGE), va focaliser ses efforts sur l’étude des processus contrôlant la production, la régénération et la rétention de SiB dans la colonne d’eau et dans les sédiments.
Le Laboratoire de Protistologie et d’Écologie aquatique de l’Université de Gand (RUG-LPAE) est responsable de l’investigation de la dynamique des diatomées et du rôle de l’activité microbienne dans la régénération de SiB. Il est chargé de la collection de culture de diatomées et de son entretien.
Le Département de Géochimie de l’Université d’Utrecht (UU-GEO) est le collaborateur européen dans ce projet. C’est le partenaire coordonnant la modélisation du cycle biogéochimique de Si dans le continuum de l’Escaut.
Lien avec des programmes internationaux
Le lien avec des programmes internationaux sera mené par collaboration avec les membres étrangers du comité d’utilisateurs:
- Prof. Hamborg coordonne un projet européen "SIBER" sur le cycle biogéochimique de Si dans l’écosystème de la Mer Baltique. Il est également fortement impliqué dans SCOR et IGBP-LOICZ qui a récemment souligné l’importance du rôle de Si dans la régulation des réseaux trophiques côtiers;
- Dr. Conley, également partenaire du SIBER, a une expertise de la biogéochimie de Si et de l’eutrophisation côtière. Il participe à un réseau de training de recherche « Si-WEBS » financé par l’UE auquel le présent réseau sera associé;
- Dr. Garnier a été activement impliquée dans le programme français PIREN étudiant la biogéochimie des nutriments du bassin de la Seine et fournira sa connaissance dans la dynamique des diatomées et de Si;
- Dr. Middelburg collaborera dans le cadre d’un projet Néerlandais-Flamand, visant à étudier les dynamiques du carbone et de l’azote dans l’estuaire de l’Escaut.
Résultats et/ou produits attendus
Les résultats suivants sont attendus au terme du projet:
- Une base de données reprenant l'ensemble des données existantes concernant la silice, les autres nutriments et les paramètres associés, y compris les résultats acquis au cours du projet proposé;
- Une compréhension approfondie du cycle biogéochimique de Si dans le continuum de l'Escaut;
- La paramétrisation des constantes cinétiques relatives aux processus contrôlant la production, la régénération et la rétention de Si dans le continuum de l'Escaut;
- Un modèle diagénétique de Si pour l'évaluation quantitative de l'efficacité de recyclage, du flux d'enfouissement et donc de la rétention de Si dans des sédiments estuariens contrastés;
- Un modèle de transport-réaction amélioré, incorporant un nouveau module pour Si, permettant de prédire les flux de Si parvenant de l’Escaut dans la baie Sud de la Mer du Nord.
Partenaires
Activités
ULB-LOCGE, dirigé par le Prof. L. Chou, a concentré ses activités de recherche sur l’étude des processus biogéochimiques affectant le cycle du carbone et des éléments associés dans les systèmes aquatiques. Son expertise inclut la cinétique d’altération des minéraux et le développement de méthodologies dans le domaine de la géochimie aquatique et sédimentaire.
RUG-LAPE, dirigé par le Prof. W. Vyverman, est spécialisé dans la biodiversité de protistes et leur rôle dans le fonctionnement de l’écosystème aquatique. Son expertise inclut la culture de diatomées et une gamme de techniques d’études des communautés protistes et bactériennes naturelles
UU-GEO, dirigé par le Prof. P. Van Cappellen, met l’accent sur l’étude de la complexité biogéochimique des environnements terrestres combinant des travaux de terrain, en laboratoire et de modélisation. Le partenaire du présent projet, le Prof. P. Regnier, est le coordinateur du groupe de modélisation et l’auteur du modèle CONTRASTE couplé transport-réaction.
Coordonnées
Prof. L. Chou, Coordinateur du Projet
Université Libre de Bruxelles (ULB)
Laboratoire d’Océanographie Chimique et Géochimie des Eaux
Campus de la Plaine - CP 208, Boulevard du Triomphe, B-1050 Bruxelles
Tél: +32 (0)2 650 52 37; Fax: +32 (0)2 646 34 92
Lei.Chou@ulb.ac.be
http://www.ulb.ac.be/sciences/dste/ocean/
Prof. W. Vyverman
Universiteit Gent (RUG) - Protistologie & Aquatische Ecologie
K.L. Ledeganckstraat 35, B-9000 Gent
Tél: +32 (0)9 264 85 01; Fax: +32 (0)9 264 85 99
wim.vyverman@rug.ac.be
http://www.rug.ac.be/
Prof. P. Regnier
Utrecht University - Department of Geochemistry
Budapestlaan 4, NL-3584 CD Utrecht
Tél: +31 (0)30 253 54 09; Fax: +31 (0)30 253 53 02
pregnier@geo.uu.nl
http://www.geo.uu.nl/
Comité d’Utilisateurs
Dr. D. Conley - National Environmental Research Institute, Roskilde, Danemark
Dr. J. Garnier - Sisyphe, Université Pierre et Marie Curie, Paris, France
Prof. C. Humborg - Stockholm University, Stockholm, Suède
Prof. J. Mees - Flanders Marine Institute (VLIZ), Ostend, Belgique
Dr. J. J. Middelburg - Netherlands Institute of Ecology, Yerseke, Pays-Bas
Prof. F. Mostaert - Ministry of the Flemish Community, Division Flanders Hydraulics, Borgerhout, Belgique
Le rôle des membres étrangers du comité et leur participation au présent projet sont décrits plus haut via le lien avec les programmes internationaux. Prof. Mees, directeur du VLIZ, mettra à la disposition des partenaires leurs services de documentation, navires de recherche et équipement océanographique en plus de leur soutien logistique. Prof. Mostaert, directeur de la Division Hydraulique Flamande, fournira son expertise sur la modélisation hydrodynamique de l’Escaut et de la zone côtière.
Silica retention in the Scheldt continuum and its impact on coastal eutrophication (SISCO) : final report
Chou, Lei - Carbonnel, Vincent - Rebreanu, Laura ... et al Brussels : Belgian Science Policy, 2008 (SP1856)
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