Dossier : Climat   
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Bilans biogéochimiques en zone côtière : Forçages naturels et anthropiques et rôle de la resuspension par les tempêtes et le chalutage
Extrait de la Lettre n°17 Programme International Géosphère Biosphère-Programme Mondial de Recherches sur le Climat (PIGB-PMRC)


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Les programmes géosphère-biosphère, en particulier ceux dédiés aux cycles biogéochimiques, se sont peu intéressés aux zones côtières, peut-être en raison de leur trop grande variabilité. Aujourd’hui où la dimension anthropique est prise en compte, l’étude du système côtier prend tout son intérêt dans une approche du changement environnemental. La question est alors, pour des systèmes aussi complexes, de faire la part entre l’impact des processus naturels et celui des activités humaines.

     
     

Figure 1 – Zone d’étude du programme ORME
 

Rôle des marges dans le cycle du carbone. Application au Golfe du Lion

La communauté travaillant sur le cycle du carbone en domaine marin n’a distingué le compartiment côtier que récemment (Liu et al., 2000). Les marges continentales forment, à la lisière des continents, une zone tampon où l’océan, le continent et l’atmosphère sont en interaction directe. Soumises à d’importants apports terrigènes et sous l’effet d’un hydrodynamisme intense, d’importantes quantités de matières organiques et inorganiques, dissoutes et particulaires transitent sur les marges et contrôlent leur fonctionnement. Le compartiment sédimentaire, qui constitue un vaste réservoir de matière, en particulier de nutriments, apparaît généralement comme un piège.

Depuis quelques années, le Cefrem (CEntre de Formation et de Recherche sur l’Environnement Marin) a focalisé ses recherches sur ces échanges aux différentes interfaces des marges en considérant : les apports fluviatiles, les apports atmosphériques, les échanges eau-sédiment et plateau-océan ouvert, et l’impact des activités humaines. Nous avons choisi, pour cela, une zone atelier, ORME, labellisée en 2000 par le CNRS-PEVS, où les recherches fondamentales pluridisciplinaires ont été largement développées, comprenant le Golfe du Lion et le bassin versant de trois fleuves, le Rhône, l’Hérault et la Têt (Figure 1).

     
     
 
 
 

Figure 2 – Bilan de carbone organique particulaire pour le Golfe du Lion
 

Premiers bilans biogéochimiques

À partir de l’évaluation des flux particulaires, des taux de sédimentation récents et des différents termes d’apports (fleuves, atmosphère, production primaire) et de sortie (dégradation dans la colonne d’eau et à l’interface eausédiment) un premier bilan de carbone organique particulaire (Figure 2) a été établi. Ce bilan indique que moins de 10% du matériel particulaire apporté au Golfe du Lion est exporté vers le bassin nord-méditerranéen. Une étude comparative avec d’autres marges méditerranéennes révèle des écarts notables qui semblent résulter des différences physiographiques et de l’intensité des échanges hydrodynamiques entre le plateau et l’océan ouvert.

Dans le cadre d’une synthèse réalisée par le groupe de travail sur les marges continentales (Continental Margins Task Team), supporté par les programmes internationaux LOICZ et JGOFS, une compilation sur les échanges des éléments dissous et particulaires a également été effectuée. Les résultats pour le Golfe du Lion suggèrent que le système est autotrophe et agit comme un puits de CO2 et d’éléments inorganiques (Durrieu de Madron et al., 2003) ; par contre, les éléments organiques dissous et particulaires subissent une exportation vers l’océan ouvert, en particulier sous l’action des plongées hivernales d’eau dense formée sur le plateau.

À l’issue de ces travaux, un constat s’est imposé : ces bilans constituent un premier exercice qu’il faut affiner mais ils ne prennent pas en compte l’impact de facteurs, comme la resuspension du sédiment et les évènements extrêmes, qui paraissent maintenant importants. La resuspension, en réinjectant des éléments particulaires et dissous dans la colonne d’eau, constitue une source potentiellement importante.

     
     
   

Des résultats sur la dynamique sédimentaire et l’impact de la resuspension sur les échanges de matière pour le Golfe du Lion ont été obtenus dans le cadre des programmes européens METROMED (Dynamics of Matter Transfer and Biogeochemical Cycles: Their Modeling in Coastal Systems of the Mediterranean Sea) et INTERPOL (Impact of Natural and Trawling Events on the Resuspension, transport and fate of POLlutants), et du programme PNEC (Programme National d’Environnement Côtier). Ils sont le fruit d’une étroite collaboration avec les Laboratoires d’Océanographie Biologique de Marseille et Banyuls-sur-mer, le Laboratoire d’Aérologie de Toulouse et le Département des Ressources Halieutiques de l’IFREMER-Sète. Ces travaux ont permis de quantifier l’impact des vagues et du chalutage sur la resuspension et la dispersion de matière particulaire et sur le relargage des sels nutritifs. Pour une région micro-tidale et de forte activité de pêche comme le Golfe du Lion, les deux mécanismes méritaient d’être considérés.

     
     

Figure 3 – Distribution de la matière particulaire en suspension
 

Rôle de la resuspension des sédiments - Premières études in situ

Les études expérimentales ont permis de caractériser simultanément les conditions hydrodynamiques (vagues, courants) et la concentration du matériel particulaire et dissous à proximité du fond pendant les épisodes de resuspension (Figure 3) ; elles ont permis de déduire les flux de resuspension et les temps de résidence dans la colonne d’eau. La comparaison entre la remobilisation naturelle et anthropique a été effectuée à l’aide de simulations numériques réalistes de la resuspension et de la dispersion du matériel particulaire sur l’ensemble du Golfe du Lion.

     
     
   

Resuspension des sédiments sous l’effet des tempêtes

Deux expériences ont porté sur les tempêtes exceptionnelles de novembre 1999 et décembre 2003. Elles montrent clairement que la resuspension naturelle est dominée par les fortes houles générées par les vents marins du sud-est. Ces évènements courts (de l’ordre de la journée), mais intenses, interviennent essentiellement en hiver (Figure 3A) et dans la bande infralittorale (entre le rivage et 30-40 m de profondeur). Les régimes de vents continentaux (Mistral et Tramontane), prédominants sur l’année, n’ont pas d’effet notable sur la remise en suspension des fonds, du fait du fetch limité et du faible développement des vagues, mais contrôlent la dispersion du matériel présent dans la colonne d’eau.

Malgré l’impossibilité de prélever des échantillons d’eau au plus fort de la tempête (et donc de la resuspension), il apparaît que le relargage de sels nutritifs contenus dans les eaux interstitielles du sédiment puisse augmenter temporairement la production et la biomasse bactérienne (Grémare et al., 2003).

     
     

Figure 4 – Simulations de la concentration au fond du Golfe du Lion
 

Impact du chalutage sur la resuspension

L’utilisation des chaluts est critiquée depuis leur apparition. Dès le 14e siècle, une plainte déposée auprès du parlement d’Angleterre parlait «d’un nouveau type d’instrument de pêche composé d’un filet avec des mailles si petites qu’aucun poisson, aussi petit soit-il, ne peux s’en échapper. De plus, cet instrument exerce une telle pression sur le fond qu’il perturbe la vase et les plantes vivant sur le fond, ainsi que les naissains d’huîtres, les bancs de moules et autres poissons, dont se nourrissent les grands poissons». Après plus de 600 ans, le problème est toujours d’actualité. Les effets du chalutage de fond sur le benthos sont reconnus et quelquefois comparés aux «coupes claires» en forêt, mais l’impact sur la resuspension du sédiment et le relargage de matières dissoutes et particulaires reste méconnu.

L’un des premiers résultats obtenu lors de l’expérience sur l’impact du chalutage sur le sédiment est l’absence de resuspension par les chaluts pélagiques tractés à proximité du fond ; en revanche, l’impact des chaluts de fond sur le remaniement des sédiments fins est comparable à celui des plus grosses tempêtes (Figure 3B). Au point de vue des zones touchées, leur effet est complémentaire de celui des tempêtes car l’activité des chalutiers est concentrée dans la zone du plateau entre 50 m et 200 m de profondeur où la resuspension par les vagues et les courants est négligeable.

Compte tenu de l’activité journalière de la flottille de pêche, forte d’une cinquantaine de chalutiers, c’est une superficie comparable à celle du plateau du Golfe du Lion qui serait labourée annuellement. Certaines zones sont labourées régulièrement d’autres jamais.

     
     
 
 
 
 
 

Figure 5 – Comparaison de l'impact relatif des tempêtes et du chalutage sur la quantité de sédiment resuspendu
 

Simulation des effets comparés des tempêtes et du chalutage

Suite à ces travaux expérimentaux, nous avons tenté une première comparaison de l’impact respectif de ces deux mécanismes sur les quantités de sédiment remises en suspension et exportées vers le bassin adjacent. À cette fin, des modèles de dynamique sédimentaire forcée par les courants et les vagues ou par la flottille de pêche ont été développés et combinés au modèle hydrodynamique côtier Symphonie (Figure 4).

Les simulations des concentrations respectives de particules dans la couche profonde, pendant l’hiver 1998-99, indiquent que la resuspension par les vagues et les courants intéresse essentiellement les sédiments sablo-vaseux du plateau interne jusqu’à 40 m de profondeur, alors que la resuspension induite par le chalutage est maximale entre 80 et 100 m de profondeur où les sédiments sont à dominante vaseuse (Figure 5). Alors que les quantités remobilisées par les vagues et les courants excèdent nettement celles induites par le chalutage, les quantités de particules exportées sont comparables du fait que les aires de plus forte pression par le chalutage se situent sur le plareau externe, plus près du talus continental (Figure 2).

     
     
   

Conclusion

Une première quantification à partir des données expérimentales suggère que l’activité d’une flottille de pêche d’une cinquantaine de chalutiers est susceptible de remobiliser près de 5 millions de tonnes de sédiment côtier par an, soit l’équivalent des apports particulaires annuels par le Rhône; toutefois, une grande partie du sédiment resuspendu se redépose assez rapidement. C’est donc un carbone faiblement énergétique qui serait, ainsi, livré à l’écosystème côtier, du moins à certaines périodes. On connaît encore mal les effets de cette variabilité sur la réponse du système, notamment benthique.

Il n’en reste pas moins que cette action provoque le relargage de sels nutritifs ; une première estimation indique qu’il serait de plusieurs ordres de grandeur supérieur aux flux naturels par diffusion ou bioturbation à partir du sédiment. On comprendra alors, les conséquences potentielles de cette activité sur la production côtière en général et sur les cycles biogéochimiques. Les résultats de ces expériences et de ces simulations montrent, aussi, qu’une faible fraction du matériel particulaire exporté vers l’océan ouvert est issue de la resuspension des sédiments sur le plateau.

Des simulations plus longues (1-2 années) sont envisagées qui permettront de prendre en compte la variabilité saisonnière et interannuelle des forçages. En effet, il est probable que l’impact du chalutage sur la resuspension de sédiment domine en période estivale, alors que les conditions hydrodynamiques sont plus calmes et les tempêtes quasi-absentes. En outre, des travaux en cours dans le cadre du programme européen EUROSTRATAFORM (Strata Formation on European margins) offrent l’opportunité de mieux connaître et de modéliser la dynamique des transferts pendant les événements extrêmes (crue du Rhône, tempêtes) de l’hiver 2003, qu’il convient à présent de considérer dans une perspective de l’augmentation de leur occurrence.

     
     
   

Contact : Xavier Durrieu de Madron
Bénédicte Ferré
Centre de formation et de recherche sur l’environnement côtier
UMR 5110, CNRS-Université de Perpignan
52, Avenue Paul Alduy 66860 – Perpignan

     

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