Th. 3e cycle--Océanogr. biol.--Brest, 1977. N°: 73.

L’étude biogéochimique des sédiments sableux perméables est un domaine nouveau : le rôle de ces environnements dans les cycles biogéochimiques a longtemps été négligé en raison de leur pauvreté en matière organique et de la complexité des processus transitoires s’y déroulant. Les plages sableuses sont en effet soumises à de nombreux forçages physiques, dont la marée, la houle et la connexion avec l’aquifère continental. Le processus d’advection y est le mode de transport dominant. De grands volumes d’eau de mer chargée en matière organique sont plus ou moins filtrés par les sédiments perméables intertidaux. Le principal objectif de cette thèse était de caractériser les processus biogéochimiques induits par la recirculation de l’eau de mer et les apports d’eau douce dans la zone intertidale dans le cas d’une plage soumise à de fortes conditions hydrodynamiques : la plage du Truc Vert. Un suivi saisonnier des propriétés physico-chimiques des eaux porales a montré que les processus de respiration aérobie interviennent en zone intertidale, dans la lentille de recirculation de l’eau de mer. A l’échelle du littoral aquitain, ces processus représentent un apport annuel de 610 tonnes de nitrate et de 4400 tonnes de carbone inorganique dissous pour l’océan côtier, soit l’équivalent des apports de la Leyre, un petit fleuve drainant un bassin versant de 2000 km2 au sud-est du Bassin d’Arcachon. La macrofaune benthique est dominée par les Crustacés. Ces individus sont caractéristiques de ces milieux complexes, qu’ils subissent mais ne contrôlent pas : la macrofaune benthique contribue faiblement aux processus de respiration aérobie. Seuls 2% du déficit en oxygène des eaux porales du bas de plage leur est attribué en moyenne : les flux biogéochimiques observés en zone intertidale sont donc majoritairement induits par les processus de respiration aérobie des micro-organismes présents dans le sédiment. Soutenus par l’apport régulier d’oxygène dissous dans le milieu poral à chaque marée, ces processus sont également contrôlés par la température et la variabilité des apports de matière organique.Le déploiement de sondes autonomes dans le sédiment de la zone intertidale a également permis de préciser la variabilité à court terme des propriétés des eaux porales. L’extension de la lentille intertidale de recirculation de l’eau de mer est ainsi variable en fonction du marnage et les teneurs en oxygène mesurées en un point fixe de la plage varient légèrement en fonction de ce cycle. Ce travail a donc permis de démontrer que les processus de respiration aérobie varient principalement à l’échelle saisonnière. L’impact ponctuel et local des conditions météorologiques et de la houle a également été mis en évidence. Nous avons démontré l’existence d’un estuaire souterrain sous la plage du Truc Vert. La dynamique de ce système a été explorée grâce à l’installation de piézomètres en haut de plage. L’apport d’eaux douces continentales représente une source supplémentaire de nitrate et de carbone inorganique dissous pour l’océan côtier. L’étude biogéochimique de la nappe phréatique en arrière dune indique l’existence d’un découplage entre le front salin et le front redox au sein de l’estuaire souterrain, ainsi que l’existence d’un intense dégazage de CO2 au niveau de la dune.Les travaux réalisés durant cette thèse permettent de mieux comprendre les processus à l’œuvre dans les sédiments sableux des plages exposées et permettront ainsi le développement de modèles numériques complexes liant hydrologie et biogéochimie. Ils entraînent également de nombreuses perspectives à propos du rôle des plages sableuses à l’échelle locale (en cas de pollution par exemple) mais aussi sur les cycles biogéochimiques globaux, notamment en lien avec le réchauffement climatique et l’élévation du niveau marin (rejets de CO2, salinisation des aquifères côtiers). / Biogeochemical studies in permeable sandy sediments are recent: the role of these environments in biogeochemical cycles was neglected because of their poverty in organic matter and the complexity of transient processes affecting them. Sandy beaches are subject to various physical forcings like tide, waves and connexion with continental groundwaters. Advection is the leading mode of transport. Huge volumes of organic matter-bearing seawater are potentially filtered by permeable intertidal sediments. The main objective of this study was to characterize biogeochemical processes induced by seawater recirculation and groundwater discharge in the intertidal zone of an exposed beach: the Truc Vert beach.Seasonal monitoring of pore water properties showed that aerobic respiration processes occurred in the seawater recirculation plume. Extrapolated to the 240 km-long Aquitanian coast, these processes represent each year an annual release of 610 tons of nitrate and 4400 tons of dissolved inorganic carbon, i.e. the equivalent of the Leyre input, a small river draining a catchment area of 2000 km2 at the southeast part of the Arcachon lagoon.The benthic macrofauna is dominated by Crustaceans. These organisms have a low impact on biogeochemical cycles: the contribution of benthic macrofauna on oxygen deficits observed in the lower beach pore waters is insignificant (< 2%). Biogeochemical fluxes observed in the intertidal zone are mainly induced by the aerobic respiration of microorganisms living in the sediment. Supported by regular tidal inputs of dissolved oxygen on the pore space, these processes varied seasonnally with temperature and organic matter availability.The deployment of autonomous probes into the sediment of the intertidal zone allowed us to clarify the short-term variability of pore water properties. Extension of the intertidal saline plume evolved with the tidal amplitude. Oxygen levels measured at a given point of the beach varied slightly with the lunar cycle. This work showed that aerobic respiration processes varied mainly at the seasonal scale. The local impact of weather and swell was also evidenced.We showed the presence of a subterranean estuary in the Truc Vert beach and its dynamics was explored through the deployment of wells in the upper beach. The input of continental freshwater represents an additional source of nitrate and dissolved inorganic carbon in the coastal ocean. Chemical properties of the fresh groundwater located upstream the beach indicated a decoupling between the salinity gradient and the redox bareer within the subterranean estuary, as well as an intense CO2 degassing at the dune.This study allows to better understand the processes occuring in sandy sediments of exposed beaches and will allow to develop complex numerical models linking hydrological and biogeochemical processes. This work also provides many perspectives on the role of sandy beaches, both locally (in case of pollution, for example) and on global biogeochemical cycles, especially in relation to global warming and sea-level rise (CO2 emissions and seawater intrusion in coastal aquifers).

Malgré les nombreuses études qui ont été effectuées en raison des applications directes au niveau de l’érosion côtière, les processus physiques qui régissent la morphodynamique des plages nécessitent d’être mieux définis. L’objectif de ce travail est d’apporter une contribution à l’étude de ces processus à partir d’une modélisation physique bien contrôlée, menée dans un canal de 10 m de long du LOMC. Le cas particulier des plages intermédiaires selon la classification de Masselink & Short (1993) et mégatidal à marnage relatif faible est considéré. L’évolution temporelle des profils de plage est suivie par méthode acoustique. L’évolution de la surface libre au large et dans la zone de levée de la vague est enregistrée à l’aide de sondes résistives. La surface libre et le fond sableux sont suivis dans la zone de déferlement, la zone de surf et la zone de swash avec une méthode optique. L’effet de la marée sur les profils de plage a été analysé. Une barre intertidale (slip-face bar) est générée et leur processus de formation est analysé mettant en évidence le rôle de la barre subtidale et du déplacement des zones hydrodynamiques d’action au cours du cycle de marée. La dynamique du swash sur une plage mégatidale est étudiée par méthode optique. Une analyse détaillée de la dépendance du runup vis-à-vis des différentes variables est conduite. Celle-ci a permis d’identifier les paramètres les plus appropriés pour prédire le runup. Les résultats montrent qu’il est préférable d’utiliser la pente de la zone de surf et la hauteur de la houle au point de déferlement pour estimer cette grandeur. Une nouvelle formule de calcul du runup adaptée aux plages étudiées est développée. / Numerous studies have been carried out on sandy beach morphology; however, the physical processes which govern beach morphodynamics need to be better defined, despite the significance of this subject in view of the direct applications for coastal erosion. The aim of the present work is to bring a contribution to the study of these processes from well controlled tests carried out in a 10 m long wave flume at LOMC laboratory with a megatidal regime simulation. The tests were performed in the intermediate regime according to the Masselink and Short (1993) classification. The temporal evolution of beach profiles was obtained using an acoustic method. The incident waves and the free surface in the shoaling zone were measured with resistive probes. The free surface and bed level in the breaker, surf and swash zones were recorded with an optical method. The effect of tides on beach profiles was analyzed. Intertidal bar identified as a slip-face bar was generated. Formation processes of this bar were analyzed. The bar is alternately exposed to swash zone processes at low tide and breaker zone processes at high tide. The intertidal bar is fronted by a subtidal bar involved in its formation. Swash hydrodynamics were investigated on a megatidal beach using an optical method. A detailed analysis of the relationship between measured runup elevations and various variables was carried out. This allowed to determine the best parameters to predict runup. The results suggested that the slope of the surf zone and the wave breaking height should be used to estimate runup. A new runup estimation formula adapted to the studied beaches was proposed.

Au Québec, l'ancien droit français est applicable pour définir les droits de propriété en milieu hydrique. Pour la délimitation foncière des eaux de marée de l'estuaire et du golfe du Saint-Laurent, les tribunaux ont généralement tenu compte de la règle des plus hautes marées de mars, initialement mise en place dans l'Ordonnance de la Marine de 1681. Depuis 2004, en milieu naturel, les arpenteurs-géomètres du Québec ont également l'obligation de s'en remettre exclusivement aux données marégraphiques pour déterminer la cote altimétrique des plus hautes marées de mars. Dans cette étude, nous faisons d'abord le constat que la règle des plus hautes marées de mars demeure peu documentée bien qu'elle soit très ancienne. Nous cherchons ensuite à établir de manière plus précise la signification de cette règle et à vérifier si son application actuelle au Québec respecte réellement les principes de l'ancien droit français. Pour atteindre ces objectifs, nous avons choisi de déterminer et de comparer les valeurs prises, au Québec et en France, par six indicateurs que nous avons jugés fondamentaux. Une analyse quantitative a d'abord été réalisée afin de déterminer les valeurs de trois indicateurs reliés à la signification, à l'homogénéité et à la possibilité de valider factuellement le critère des plus hautes marées de mars tel qu'il est défini dans les Instructions générales d'arpentage. Nous avons ensuite procédé à une analyse qualitative de la règle des plus hautes marées de mars afin de comparer pour les deux territoires, les principes de délimitation, les méthodes techniques utilisées et le domaine d'application de cette règle. Cette recherche nous a permis de documenter méthodiquement la règle des plus hautes marées de mars, d'identifier certaines particularités du cadre québécois de délimitation des eaux de marée et de soulever certaines questions qui ne sont pas nécessairement abordées dans la doctrine récente du Québec. / In Québec, the old French law is applicable to define water and riparian rights. For the delineation of the tidal waters of the estuary and gulf of St. Lawrence, the courts have generally considered the rule of the highest March tides, initially established in the Ordonnance de la Marine of 1681. Since 2004, in a natural environment, Québec land surveyors are also required to rely exclusively on tide gauge data to determine the elevation of the highest March tides. In this study, we first note that the rule of the highest tides of March remains poorly documented, even though it is very old. We then seek to establish more precisely the meaning of this rule and to verify whether its current application in Québec really respects the principles of the old French law. To achieve these objectives, we chose to determine and compare the values taken, in Québec and in France, by six indicators that we considered to be fundamental. A quantitative analysis was first performed to determine the values of three indicators related to the significance, the homogeneity and the possibility of factual validation of the criterion of the highest March tides as defined in the Instructions générales d'arpentage. We then conducted a qualitative analysis of the highest March tides rule to compare for both jurisdictions, the principles of delineation, the technical methods used and the area of application of this rule. This research has allowed us to methodically document the rule of the highest March tides, to identify specific features of the Québec framework for the delineation of tidal waters and to raise various questions that are not necessarily addressed in recent Québec doctrine.

Les environnements lagunaires, interfaces entre le continent et l'océan, sont sujets à d'importants apports continentaux qui supportent une forte production biologique. Cette richesse écologique unique en fait des écosystèmes parmi les plus productifs de la planète à l'origine d'une activité économique importante. La gestion et la préservation de ces milieux sont difficiles car l'étude des cycles biogéochimiques est encore incomplète. Dans le cadre de cette thèse, qui s'inscrit dans le Programme National d'Environnement Côtier " Chantier Littoral Atlantique " et l'ANR PROTIDAL, un effort particulier est mis sur le rôle des zones intertidales dans le bilan du métabolisme net du système lagunaire du Bassin d'Arcachon, les processus biogéochimiques aux différentes interfaces et leurs interactions avec les cycles tidaux, les mécanismes pélagiques et le degré de colonisation biologique du substrat à différentes échelles de temps (marée, saison). Il a été démontré que les eaux des chenaux tidaux drainant les platiers intertidaux à marée descendante étaient le résultat de la percolation, diffusion et advection d'eaux interstitielles anoxiques depuis les sédiments vaseux et sableux. Ces eaux sont enrichies en produits de dégradation de la matière organique, tels que l'ammonium, les phosphates, le SCO2, le CH4 et les métaux dissous. Un premier essai de bilan à l'échelle de la lagune démontre l'importance de ce processus de pompage tidal dans le budget global en sels nutritifs de la lagune. La colonisation du substrat par les herbiers de macrophytes apparaît comme un facteur déterminant sur les associations biologiques et les distributions géochimiques des espèces biogènes. Une stratification de l'eau interstitielle est observée sur certains profils reflétant leur production, leur consommation par les processus de minéralisation de la matière organique, leur prélèvement par le système racinaire des macrophytes, et des mécanismes de transports biologiques ou physiques. A la différence des sédiments subtidaux et stationnaires, dans lesquels la diffusion moléculaire est le premier mécanisme de transport des solutés, la distribution verticale géochimique dans les sédiments intertidaux est dominée par la bioirrigation et les interactions avec les macrophytes, conférant une très forte hétérogénéité spatiale et saisonnière. Une interaction très forte entre les cycles du fer et du phosphore avec la dynamique annuelle de ces herbiers a été découverte, précisant que le rapport entre la surface couverte par les herbiers et celle non-végétalisée est un paramètre majeur du bilan de masse en phosphore dans le Bassin d'Arcachon. Ce travail propose également la première estimation d'un bilan des sources, puits et flux de méthane aux différentes interfaces dans le Bassin d'Arcachon et dans un environnement lagunaire tempéré. Les rivières et les sédiments lagunaires représentent les deux sources pour la colonne d'eau. L'essentiel du méthane produit est oxydé dans les sédiments par les sulfates entrainant de faibles flux benthiques. Les flux atmosphériques depuis les eaux et les sédiments du Bassin d'Arcachon sont faibles en comparaison à ceux estimés dans d'autres systèmes côtiers. Ce bilan montre que la totalité du CH4 apporté par les rivières et diffusé depuis les sédiments vers la colonne d'eau de la lagune, est transférée vers l'atmosphère au cours de la résidence des eaux dans la lagune, et que cet écosystème est une source nulle de méthane pour l'océan côtier ouvert.

Les vasières intertidales sont le siège d'une forte production primaire sous la forme d'un biofilmmicrophytobenthique qui se développe en surface à marée basse. Ce biofilm se compose principalement de diatomées et de bactéries hétérotrophes. Ces deux composantes sécrètent des substances polymériques extracellulaires (EPS) qui jouent différents rôles dans le biofilm. Le travail présenté s'est basé sur différentes échelles d'observation (in situ à 2 saisons, mésocosme en laboratoire, et échelle fine du biofilm en microscopie confocale) et a permis de mettre en évidence les interactions des diatomées et des bactéries à différents moments de la marée et du nycthémère. L'utilisation d'une nouvelle méthode d'extraction des EPS a permis d'éclaircir leur rôle en évitant les contaminations par les substances internes provoquées par les méthodes classiques. Les EPS colloïdales particulièrement riches en glucose s'associent au déplacement des diatomées, notamment lors d'un stress (sursalure, carence en nutriments) et sont préférentiellement consommées par les bactéries, après leur dégradation par les enzymes ou leur hydrolyse dans l'eau interstitielle. Les EPS liées au frustule, et plus particulièrement les sucres, inhiberaient le développement bactérien à proximité de la cellule algale. Elles sont surtout sécrétées lors de la mise en place du biofilm et pour protéger la cellule quand les conditions sont osmotiquement défavorables et leur richesse en protéine leur confère un potentiel intéressant pour les bactéries qui peuvent les utiliser comme substrat azoté en cas de carence. D'autres substances ont été plutôt sécrétées parles bactéries telles que les N-acétylglucosamines et les protéines colloïdales de bas poids moléculaire,certainement des enzymes bactériennes, ainsi que le glucose qui semble être associé au EPS colloïdaux des diatomées mais aussi aux EPS bactériens selon l'analyse en microscopie confocale en utilisant des lectines comme marqueurs d'EPS.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette étude visait à décrire l'influence des gradients environnementaux de la zone intertidale sur l'histoire de vie de Littorina saxatilis. Nous avons d'abord identifié les facteurs environnementaux ayant une incidence sur l'histoire de vie et l'abondance de cette espèce. Ensuite, nous avons examiné l'effet des gradients associés aux niveaux de la zone intertidale sur la stratégie d'allocation des ressources. Finalement, le mécanisme d'adaptation impliqué (plasticité phénotypique ou adaptation locale) a été analysé. Les résultats indiquent que l'abondance des ressources alimentaires ainsi que le stress de dessiccation jouent un rôle primordial dans l'évolution de l'histoire de vie chez cette espèce. La force des vagues a également une influence significative, mais sur certains traits seulement. Les populations de différents niveaux de la zone intertidale présentent des stratégies d'allocation des ressources distinctes. Bien que ces stratégies soient durables, il n'a pas été possible d'établir si elles sont le résultat d'adaptation aux conditions locales.

Résumé La littérature concernant la divagation des chenaux sur le domaine intertidal est lacunaire, à fortiori sur la slikke. Ce phénomène est illustré dans ce travail avec l'exemple du chenal du Couesnon dans la partie interne de la baie du Mont-Saint-Michel. Un jeu de photographies aériennes et images satellitaires a permis l'étude des divagations du Couesnon, de 1969 à nos jours. Des relevés topographiques ont été réalisés avec des techniques laser terrestre et aéroporté, afin de caractériser les évolutions : i) des fonds sédimentaires sous l'influence des chenaux, de 1997 à 2010 ; ii) des bilans sédimentaires. Ces différentes évolutions sont corrélées avec différents forçages mesurés : marée, débit fluvial, conditions météorologiques et agitation. Il est ainsi mis en évidence le rôle du cycle à 18,6 ans de la marée sur la dynamique du chenal du Couesnon. En phase ascendante les apports sédimentaires contraignent le chenal vers l'Est, alors qu'en phase descendante, le Couesnon retrouve une position d'axe NNW, voire plus occidentale. En réponse à la diminution des apports sédimentaires, le chenal est principalement soumis à des paramètres externes : débits fluvial et solide, et interne : pente. Il est aussi montré que dans une tendance à l'accrétion globale du système, de +100 000 m3/an, l'évolution des bilans sédimentaires n'est pas linéaire, et montre parfois des phases érosives. Les bilans sédimentaires sont spatio-temporellement variables. L'érosion des surfaces est principalement due au renforcement du jusant induit par la présence des chenaux. Ce travail a permis de réaliser un schéma de fonctionnement hydrosédimentaire global de la partie interne de la baie du Mont-Saint-Michel.

L'étude biogéochimique des sédiments sableux perméables est un domaine nouveau : le rôle de ces environnements dans les cycles biogéochimiques a longtemps été négligé en raison de leur pauvreté en matière organique et de la complexité des processus transitoires s'y déroulant. Les plages sableuses sont en effet soumises à de nombreux forçages physiques, dont la marée, la houle et la connexion avec l'aquifère continental. Le processus d'advection y est le mode de transport dominant. De grands volumes d'eau de mer chargée en matière organique sont plus ou moins filtrés par les sédiments perméables intertidaux. Le principal objectif de cette thèse était de caractériser les processus biogéochimiques induits par la recirculation de l'eau de mer et les apports d'eau douce dans la zone intertidale dans le cas d'une plage soumise à de fortes conditions hydrodynamiques : la plage du Truc Vert. Un suivi saisonnier des propriétés physico-chimiques des eaux porales a montré que les processus de respiration aérobie interviennent en zone intertidale, dans la lentille de recirculation de l'eau de mer. A l'échelle du littoral aquitain, ces processus représentent un apport annuel de 610 tonnes de nitrate et de 4400 tonnes de carbone inorganique dissous pour l'océan côtier, soit l'équivalent des apports de la Leyre, un petit fleuve drainant un bassin versant de 2000 km2 au sud-est du Bassin d'Arcachon. La macrofaune benthique est dominée par les Crustacés. Ces individus sont caractéristiques de ces milieux complexes, qu'ils subissent mais ne contrôlent pas : la macrofaune benthique contribue faiblement aux processus de respiration aérobie. Seuls 2% du déficit en oxygène des eaux porales du bas de plage leur est attribué en moyenne : les flux biogéochimiques observés en zone intertidale sont donc majoritairement induits par les processus de respiration aérobie des micro-organismes présents dans le sédiment. Soutenus par l'apport régulier d'oxygène dissous dans le milieu poral à chaque marée, ces processus sont également contrôlés par la température et la variabilité des apports de matière organique.Le déploiement de sondes autonomes dans le sédiment de la zone intertidale a également permis de préciser la variabilité à court terme des propriétés des eaux porales. L'extension de la lentille intertidale de recirculation de l'eau de mer est ainsi variable en fonction du marnage et les teneurs en oxygène mesurées en un point fixe de la plage varient légèrement en fonction de ce cycle. Ce travail a donc permis de démontrer que les processus de respiration aérobie varient principalement à l'échelle saisonnière. L'impact ponctuel et local des conditions météorologiques et de la houle a également été mis en évidence. Nous avons démontré l'existence d'un estuaire souterrain sous la plage du Truc Vert. La dynamique de ce système a été explorée grâce à l'installation de piézomètres en haut de plage. L'apport d'eaux douces continentales représente une source supplémentaire de nitrate et de carbone inorganique dissous pour l'océan côtier. L'étude biogéochimique de la nappe phréatique en arrière dune indique l'existence d'un découplage entre le front salin et le front redox au sein de l'estuaire souterrain, ainsi que l'existence d'un intense dégazage de CO2 au niveau de la dune.Les travaux réalisés durant cette thèse permettent de mieux comprendre les processus à l'œuvre dans les sédiments sableux des plages exposées et permettront ainsi le développement de modèles numériques complexes liant hydrologie et biogéochimie. Ils entraînent également de nombreuses perspectives à propos du rôle des plages sableuses à l'échelle locale (en cas de pollution par exemple) mais aussi sur les cycles biogéochimiques globaux, notamment en lien avec le réchauffement climatique et l'élévation du niveau marin (rejets de CO2, salinisation des aquifères côtiers).