Etude biogéochimique d'un système lacustre de la plaine d'inondation amazonienne

305 Pages·2017·12.7 MB·English

by  Gwénaël Alexandre Barroux

Etude biogéochimique d’un système lacustre de la plaine
d’inondation amazonienne: Cas de la varzea de Curuai
(Para, Brésil)
Gwénaël Alexandre Barroux
To cite this version:
Gwénaël Alexandre Barroux. Etude biogéochimique d’un système lacustre de la plaine d’inondation
amazonienne: Cas de la varzea de Curuai (Para, Brésil). Autre. Université Paul Sabatier - Toulouse
III, 2006. Français. ￿NNT: ￿. ￿tel-00086496￿
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UNIVERSITE TOULOUSE III - PAUL SABATIER
U.F.R. Sciences de la Vie et de la Terre

T H E S E
pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE TOULOUSE III

Discipline : Géochimie des Eaux Continentales

présentée et soutenue
par
Gwénaël BARROUX

Titre :

Etude biogéochimique d’un système lacustre de la
plaine d’inondation amazonienne

Cas de la várzea de Curuaí (Pará, Brésil)

___________________
Directeur de thèse : M. Patrick SEYLER, DR IRD, Toulouse
Co-directeur de thèse : M. Jérôme VIERS, MC UPS, Toulouse
___________________

Jury

M. Jean-Marc Montel, Président
Mme Aline Dia, Rapporteur
Mme Françoise Elbaz-Poulichet, Rapporteur
M. Bernard Dupré, Invité
M. Géraldo Boaventura, Examinateur
1
2
3
4
Table des Matières

5
6
Table des Matières.....................................................................................................................5

Introduction................................................................................................................................13

Chapitre I Sites d’Etudes.....................................................................................................21

I.1 Le bassin amazonien : Généralités.........................................................................23

I.2 La várzea de Curuaí...................................................................................................30

I.3 Le site de Marchantaria.............................................................................................35

Chapitre II Outils et méthodes..............................................................................................39

II.1 Les campagnes d’échantillonnage..........................................................................41

II.2 Prélèvements et mesures de terrain........................................................................43
II.2.1 Préparation du matériel de terrain...................................................................43
II.2.2 Prélèvements et mesures in situ......................................................................43
II.2.3 Filtration des échantillons..................................................................................44

II.3 Analyses et préparations des échantillons.............................................................45
II.3.1 Attaque des échantillons d’eau brute..............................................................45
II.3.2 Attaque des échantillons de végétaux............................................................46
II.3.3 Séparation des terres rares sur colonnes échangeuses..............................46
II.3.4 Validation des données acquises....................................................................48

Chapitre III Résultats..............................................................................................................55

III.1 Les sédiments de la plaine d’inondation.................................................................57
III.1.1 La minéralogie des sédiments de fond...........................................................57
III.1.2 La composition chimique des sédiments........................................................58

III.2 Les eaux de la plaine d’inondation du Lago Grande de Curuaí..........................61
III.2.1 Caractéristiques physico-chimiques des eaux des lacs...............................61
III.2.1.1 Les lacs sous forte influence de l’Amazone ou lacs « proximaux »...61
III.2.1.1.1 Les paramètres physico-chimiques....................................................61
III.2.1.1.2 Les éléments traces dans la phase dissoute (<0,22µm)................64
III.2.1.1.3 Distribution des éléments entre la phase dissoute et la phase
totale 64
III.2.1.2 Les lacs peu ou pas influencés par l’Amazone ou lacs « distaux »..66
III.2.2 Distribution verticale des éléments dans les lacs de la várzea...................69
III.2.2.1 Distribution verticale dans le lac A9 (bloom phytoplanctonique)........70
III.2.2.2 Distribution verticale dans le lac A20 (sans bloom phytoplanctonique)
74
III.2.2.3 Synthèse de la distribution verticale des éléments dans les colonnes
d’eau 74

7
III.3 Caractéristiques physico-chimiques des « entrées » du système várzea.........77
III.3.1 La source « Amazone ».....................................................................................77
III.3.1.1 Paramètres physico-chimiques................................................................77
III.3.1.2 Les concentrations en ions majeurs dans la phase dissoute (<0,22
µm) 78
III.3.1.3 Les éléments traces...................................................................................79
III.3.1.3.1 Les concentrations en éléments traces dans la phase dissoute
(<0,22 µm) 79
III.3.1.3.2 Distribution des éléments entre la phase dissoute et la phase
totale 80
III.3.2 L’apport par les eaux de ruissellement...........................................................81
III.3.3 L’apport par les eaux souterraines..................................................................82

Chapitre IV Etude Géochimique de la várzea de Curuaí..............................................85

IV.1 Les sédiments de la plaine d’inondation.................................................................88
IV.1.1 Origine des sédiments.......................................................................................88
IV.1.2 Processus d’altération des sédiments.............................................................91
IV.1.3 Schéma conceptuel de la sédimentation dans la plaine de Curuaí :
Altération dans les lacs proximaux et mélange dans les lacs distaux.....................101

IV.2 Comportement des éléments au sein de 2 lacs de la várzea ...........................103
IV.2.1 Introduction........................................................................................................103
IV.2.2 Stratification physique......................................................................................103
IV.2.3 Stratification chimique......................................................................................104
IV.2.3.1 pH et COD.................................................................................................104
IV.2.3.2 Comportement des terres rares et indication sur le potentiel redox.106
IV.2.3.3 Equilibres thermodynamiques au sein de la colonne d’eau..............108
IV.2.4 Superposition des processus biotiques et abiotiques.................................113
IV.2.5 Conclusions sur la colonne d’eau..................................................................121

IV.3 Modélisation de la plaine d’inondation de Curuaí................................................123
IV.3.1 Objectifs de la modélisation............................................................................123
IV.3.2 Modélisation hydrologique de la várzea de Curuaí.....................................125
IV.3.2.1 Bilan hydrologique de la várzea.............................................................125
IV.3.2.1.1 Résumé de l’article..............................................................................125
IV.3.2.1.2 Article Bonnet, Barroux et al. (2005) soumis dans « Journal of
Hydrology »................................................................................................................128
IV.3.2.1.3 Conclusion du bilan hydrologique.....................................................156
IV.3.2.2 Modélisation des échanges inter-lacs...................................................157
IV.3.2.2.1 Le modèle et les données utilisées..................................................157
IV.3.2.2.2 Calibration du modèle.........................................................................160
IV.3.2.2.3 Influence des échanges avec la nappe...........................................162
IV.3.2.2.4 Vérification du calage du modèle......................................................165
IV.3.2.2.5 Dynamique des mélanges et temps de résidence des différents
lacs 166
IV.3.3 Identification des éléments chimiques à comportement non conservatif171
IV.3.3.1 Eléments à comportement peu contraint par le cycle hydrologique.172
IV.3.3.2 Eléments en phase avec le cycle hydrologique...................................175
IV.3.4 Bilan hydrochimique de la várzea..................................................................179

8
IV.3.4.1 Généralisation des observations à l’ensemble de la plaine
d’inondation...................................................................................................................183
IV.3.5 Conclusions et perspectives...........................................................................186

Chapitre V Rôle de la végétation.......................................................................................189

V.1 Introduction................................................................................................................191

V.2 “The influence of the Amazonian floodplain ecosystems on the trace element
dynamics of the Amazon River main stem (Brazil)”: publié dans Science of Total
Environment n° 339 (2005) .................................................................................................192

V.3 Conclusion.................................................................................................................207

Chapitre VI Impact des várzea sur le cycle des éléments dans l’Amazone.............209

VI.1 Introduction................................................................................................................211

VI.2 Article “Seasonal dissolved rare earth element dynamics of the Amazon River
main stem, its tributaries, and the Curuaí floodplain” soumis à G3..............................213

Conclusion générale...............................................................................................................253

Bibliographie...........................................................................................................................263

Liste des figures......................................................................................................................285
Liste des tableaux...................................................................................................................289

ANNEXES..................................................................................................................................291

9