Thèse Cycles Biogéochimiques Lacustres Multi-Échelles Impacts Climatiques et Environnementaux Locaux H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Bordeaux
École doctorale : Sciences et environnements
Laboratoire de recherche : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux
Direction de la thèse : Pierre ANSCHUTZ ORCID 5331000153317974
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-27T23:59:59

L'objectif principal de la thèse est de mieux comprendre le cycle des nutriments à une haute résolution temporelle dans trois lacs qui diffèrent par la nature du nutriment limitant. Une attention particulière sera portée sur l'impact des flux hérités du passé et enregistrés dans les sédiments sur les cycles biogéochimiques actuels. Le but est de déterminer comment le couplage entre les cycles biogéochimiques, en particulier pour les nutriments limitants, évolue en réponse à des forçages physiques majeurs qui changent à l'échelle diurne. L'objectif est de caractériser l'évolution des réactions et de la spéciation des composés C, N, P, Fe, Mn, S et des éléments traces mobiles, en fonction des changements de température et de lumière, ainsi que des changements induits, tels que la stratification, la pCO2 (et donc le pH) en relation avec l'activité biologique, sur des cycles de 24 heures et des cycles saisonniers.
Le projet est basé sur l'étude de lacs dont l'historique et dont l'élément le plus limitant (C-N-P) est déjà bien connu. Nous avons choisi deux lacs de la côte aquitaine, les lacs de Carcans-Hourtin (C-H) et de Parentis-Biscarrosse (P-B) et deux lacs Pyrénéens, les lacs de Gentau et Bersau (lacs d'Ayous, Ossau).
La thèse se fera dans le cadre d'un partenariat entre EPOC, l'IPREM (UPPA) et Sorbonne Université. Elle sera co-encadrée par P. Anschutz (EPOC), D. Amouroux (IPREM) et M. Sebilo (SU). Elle est financée par la région Nouvelle-Aquitaine et l'Agence de l'Eau Adour Garonne et bénéficie du soutien des gestionnaires locaux (bassins versants des lacs, Parc National des Pyrénées).

Les lacs représentent une part importante du cycle mondial et régional des éléments biogènes. Les efforts liés à la directive-cadre européenne sur l'eau ont permis d'améliorer la qualité de l'eau et de réduire le risque d'eutrophisation des milieux aquatiques. Cependant, dans les lacs, l'augmentation des apports en nutriments dans le passé a conduit à une production accrue de biomasse, dont le recyclage et la reminéralisation des nutriments ont permis de maintenir la production primaire à des niveaux élevés. Afin d'évaluer la trajectoire d'un éventuel risque futur d'eutrophisation, notamment dans le contexte du changement climatique, il est important d'affiner notre connaissance du cycle des éléments biogènes.

Le fonctionnement biogéochimique des lacs est contrôlé par des paramètres limitatifs tels que la biodisponibilité de C, N, P ou des micronutriments, et par des paramètres physiques tels que la lumière, la température ou la stratification de l'eau. Ces facteurs varient dans le temps, en particulier les rythmes saisonniers et journaliers. Alors que les variations saisonnières de la production primaire et de la respiration dans les lacs ont été largement étudiées, ainsi que les échanges gazeux à l'échelle diurne, on sait étonnamment peu de choses sur les cycles couplés des nutriments, en explorant les cycles de C, de N et de P dans la colonne d'eau et les sédiments, et peu d'études ont cherché à quantifier l'effet des cycles diurnes sur le fonctionnement biogéochimique.
Dans ce contexte, une approche combinant la biogéochimie isotopique et élémentaire peut permettre de mieux comprendre les taux et les mécanismes de transformation de différents nutriments dans la colonne d'eau et les sédiments. En outre, les éléments traces et les métaux réactifs peuvent interagir avec les principaux cycles biogéochimiques et donc se comporter comme des traceurs de processus biogéochimiques spécifiques se déroulant à une courte échelle temporelle et spatiale. L'effet du cycle des éléments biogènes sur la mobilité des contaminants métalliques réactifs (conditions redox et matière organique) et hérités de dépôts atmosphériques, d'activités humaines ou de sources géologiques (As, Cu, Hg, Pb, Se, Zn, ...) reste à comprendre. La spéciation de ces éléments sera étudiée en détail afin de comprendre les processus impliqués dans la formation de fractions mobilisables et biodisponibles.
A l'échelle des lacs étudiés se posent aussi des questions environnementales qui préoccupent les gestionnaires. Pour citer quelques exemples, il s'agit de problèmes d'excès de concentrations en ammonium dans le lac de de C-H qui le déclasse au vu des critères DCE ; de problèmes chroniques de bloom de cyanobactéries dans le lac de P-B ; d'une tendance au verdissement du lac de Gentau.

Les deux principales questions scientifiques qui sont au coeur de la thèse sont :
Objectif 1 : Quelle est la dynamique des principaux cycles biogéochimiques dans les environnements lacustres à différentes échelles de temps (saison et cycle de 24 heures) ?
L'hypothèse de base est que les variations des cycles biogéochimiques diurnes dans les lacs évolueront avec les saisons. De plus, les variations diurnes seront particulièrement intenses pendant la période de production, et lorsque les contrastes de température entre le jour et la nuit sont les plus importants, et enfin lorsqu'il y a stratification de la colonne d'eau. A cette fin, nous suivrons la concentration et la spéciation des composés biogènes dans des cycles de 24 heures pour différentes saisons. L'évolution diurne de la lumière (PAR), de la température, du pH, de l'O2 et de la pCO2 sera suivie en continu par des sondes. Un échantillonnage horaire nous permettra de mesurer la concentration des nutriments, des composés dissous et de la matière organique. Notre hypothèse est que le transfert réactif des composés biogéochimiques aux interfaces est fortement influencé par le forçage physique diurne.
En outre, des mesures de la composition isotopique des nutriments et de la matière organique (13C, 15N, 18O et 34S) seront effectuées afin de retracer les réactions biogéochimiques élémentaires qui se produisent à différents niveaux. Nous examinerons trois interfaces majeures où se produisent les transferts réactifs de nutriments dans la colonne d'eau du lac, toutes soumises à des cycles diurnes et saisonniers : 1) L'interface eau-atmosphère ; 2) Les interfaces redox en relation avec la stratification thermique dans la colonne d'eau ; 3) L'interface sédiments-eau, y compris les sédiments colonisés par des plantes aquatiques.
Les répercussions sur le cycle des éléments biogènes des variations diurnes et saisonnières de cette activité biologique benthique seront étudiées afin de mieux comprendre le couplage benthique pélagique des lacs.
Objectif 2 : La limitation des nutriments dans les environnements lacustres affecte-t-elle la mobilité et les transformations biotiques/abiotiques des éléments traces et sensibles à l'oxydoréduction ?
Une approche particulièrement unique dans ce projet concerne les métaux et les éléments traces qui seront étudiés dans la colonne d'eau et l'interface eau-sédiment. Les informations recueillies sur la spéciation chimique de ces éléments devraient nous permettre d'établir les processus impliqués dans la formation de formes chimiques labiles, biodisponibles, mobilisables ou même volatiles de ces métaux et métalloïdes, emblématiques de leur cycle très dynamique et de leur réactivité. Outre la mesure classique de la composition isotopique des nutriments (NH4+, NO2-, NO3-, PO43-), la combinaison avec la mesure de la spéciation et de partition des métaux et éléments traces (cations métalliques, métalloïdes, ...) sera réalisée pour mettre en évidence des voies biogéochimiques spécifiques (processus redox et de sorption, échanges diffusifs aux interfaces).

Pour y répondre et évaluer les cycles biogéochimiques diurnes et saisonniers, nous proposons plusieurs approches originales.
1.Caractérisation physico-chimique des sites d'étude : Suivi des cycles diurnes à haute résolution de T, O2, CO2, CH4, N2O de la surface aux sédiments et pour différentes saisons (conditions hivernales et estivales, stations végétalisées profondes et peu profondes). Caractérisation de la stratification thermique et redox.
2. Nutriments et spéciation : Mesure des concentrations en nutriments (NH4+, NO2-, NO3-, PO43-, H4SiO4) et éléments associés (SO42-, Fe, Mn) et spéciation et partition des éléments traces (Hg, As, Se, cations métalliques...) dans l'eau et les sédiments. Caractérisation des sédiments (granulométrie, C-org, fraction solide réactive).
3. Traceurs biogéochimiques : Analyses isotopiques des nutriments (13C, 15N, 18O et 34S) de DIC, NH4+, NO2-, NO3-, SO42-.
La thèse co-encadrée par les partenaires régionaux et positionnée à l'Université de Bordeaux sera au coeur du projet.

Le/la candidat.e, titulaire d'un M2, devra avoir des compétences en biogéochimie aquatiques. Un point particulier est mis sur une solide expérience en biogéochimie de terrain (prélèvement, mesures in situ). Autonomie et qualités relationnelles nécessaires.