Thématiques scientifiques de l’équipe HyDRIMZ

Thème 1 : Identification des sources et évaluation des flux de matières dans la zone critique


L’Isère en Combe de Savoie - des zones sources à l’exutoire,
les rivières et leurs crues transportent les matériaux arrachés
aux versants avec de fortes interactions avec les écosystèmes
et les activités humaines.

Comment les caractéristiques physiques des précipitations (intensité, énergie, variabilité spatio-temporelle) contrôlent-elles la fonction de production (i.e. la variabilité spatiale des flux d’eau et des différents types de matériaux érodés). Ces questions en amont sur le rôle des forçages externes dans les transferts d’eau et de matière solide sont conduits en collaboration avec l’équipe HMCIS essentiellement à l’aide de modélisation et par des jeux de données originaux acquis sur des sites RBV (i.e. traçage des sources de sédiments et réponse hydrologique et sédimentaire distribuées et multi-échelles).

On cherche à étudier plus en aval les processus de transfert des particules dans la Zone Critique. Dans la mesure où les caractéristiques de tailles des particules conditionnent leurs temps de transfert et les zones de dépôt, les travaux se focaliseront sur l’évolution de leurs propriétés physiques depuis les zones sources vers les zones de dépôts. Les développements instrumentaux réalisés dans l’équipe sont l’outil principal de cette direction de recherche.

Les particules les plus fines (limon, argiles, MO) qui sont transportées en suspension dans les rivières ou dans le sol jouent un rôle fondamental dans le transit des nutriments et contaminants du fait de leur capacité de floculation et d’adsorption. Les questions scientifiques portent sur le rôle du transport solide dans les transferts d’éléments biogènes (C, N, P) et des contaminants (minéraux, organiques, bactériens) depuis les zones sources vers les exutoires des bassins versants.

Enfin, les processus de transformation physique de la ZC en réponse aux altérations/forçages externes seront déterminés. Il s’agit ici de décrire et prédire les évolutions spatio-temporelles de la zone critique et des variables descriptives dans les milieux étudiés (rivières-sols-sédiments) soumis à des sollicitations naturelles ou anthropiques (pluies, crues, inondations, contaminations, aménagements…). Cela concerne à la fois les milieux aquatiques (morphologie des rivières, interactions fin-grossiers) et les milieux terrestres (composition et structure des sols, états de surface, évolution des ouvrages, érosion interne, compaction).

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Thème 2 : Dynamique, biogéochimie et impact des contaminants dans la zone critique


Impact d’une mégapole du sud-est asiatique sur la qualité de
sa rivière (nutriments, métaux traces, micro-plastiques). Travaux
réalisé dans le cadre des projets « Saigon River : la ville et le
fleuve » (COOPERA 2016-2017 et Vietnam National University
2016-2017 ; http://virtual-saigon.net/River/Overview)

Le devenir des contaminants dans la zone critique est largement contrôlé par leurs interactions avec les constituants fluides, minéraux, et organiques. C’est une problématique complexe car les processus impliqués sont souvent spécifiques au compartiment considéré (air, eau, sol) et souvent liés à des changements de phase. Il est donc nécessaire d’aborder cette problématique en plusieurs étapes consistant d’abord à identifier les processus prépondérants pour chaque compartiment, à chiffrer les paramètres correspondants et à hiérarchiser ensuite ces processus en les intégrant et en tenant compte des phénomènes intervenant aux interfaces.

Certains aspects du devenir des contaminants ont été présentés dans le thème 1 (transfert facilité par les particules). Il s’agit ici d’évaluer la dynamique globale et la biogéochimie des contaminants au sein de la ZC via l’identification et la quantification des mécanismes de réaction (sorption, complexation), de transformation (biodégradation, changements de phase) et d’impact des contaminants sur les composantes biologiques des compartiments de la ZC. Ces questions sont abordées en couplant des approches expérimentales et théoriques couplées à différentes échelles 1D à 3D (colonnes, lysimètres, parcelles, aquifères, rivières et BV) .

Le devenir des contaminants dans la ZC est largement contrôlé par leur aptitude à réagir ou interagir avec les constituants et matrices présents. La connaissance de la réactivité globale des contaminants dans ces compartiments, et notamment le sol, lieu principal de l’épuration des écosystèmes en lien avec la forte biodiversité présente, est nécessaire pour prédire le transfert réactif de ces contaminants.

Nous nous intéressons aussi à l’impact des contaminants dans la ZC en nous focalisant sur l’étude de la réponse biologique à la présence des contaminants seuls ou en mélange, depuis le niveau cellulaire (biocapteurs cellulaires, tests de CMI, …) jusqu’au niveau de la communauté (microorganismes) pour les écosystèmes terrestres et aquatiques. Pour l’évaluation de l’impact de contaminant sur l’homme, nous développons des approches indirectes basées sur des proxys « pollution-santé » développés par voie chimique et acellulaire afin de déterminer la contribution individuelle de chaque source déconvoluée par ailleurs via l’obtention des compositions chimiques détaillées d’aérosols en collaboration avec l’équipe CHIANTI.

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Thème 3 : Application de ces connaissances pour remédier à ces altérations des ressources et des milieux


Lysimètres - projet ANR SyMetal Rhizostabilisation de déblais
miniers à fortes teneurs en métaux

L’expertise développée par nos recherches est mise à contribution pour participer au diagnostic d’état des ressources et à l’ingénierie environnementale.
Les projets décrits ici en montrent quelques exemples.

  1. Limitation des risques hydromécaniques par bioconsolidation des sols et des ouvrages.
  2. Phyto-remédiation des milieux contaminés
  3. Impact sanitaire des contaminants particulaires atmosphériques

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