Thèse Développement d'Indicateurs Hydrologiques pour Contribuer à la Gestion des Impacts du Changement Climatique et des Activités Humaines sur la Qualité de l'Eau Bouchon Vaseux Hypoxie dans la G 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 : Sabine SCHMIDT ORCID 0000000259859747
Début de la thèse : 2026-11-01
Date limite de candidature : 2026-05-27T23:59:59

L'estuaire de la Gironde est confronté à de nombreux défis liés au développement urbain, à la gestion d'usages multiples et au changement climatique, notamment dans sa section fluviale. La métropole bordelaise, en pleine expansion démographique, exerce une pression croissante sur la qualité de l'eau, notamment à travers les rejets urbains et les prélèvements industriels. Les différents usages de la zone (industrie, navigation, pêche, tourisme) doivent être conciliés avec la gestion de la qualité physico-chimique de l'eau et la préservation des écosystèmes. Le changement climatique, avec la hausse des températures et la modification des débits fluviaux attendues, altère la dynamique de la zone de turbidité maximale, également appelé bouchon vaseux. Ce bouchon vaseux, dont la concentration en matières en suspension dépassent 1 g/L, comporte comme un réacteur biochimique, en dégradant la matière oxydable. Il peut alors induire une zone déficitaire en oxygène dissous à certaines périodes de l'année, selon la température, la charge en matière en suspension, la salinité, les apports en matières oxydables et les débits amont. En 2013, le premier SAGE (Schéma d'Aménagement et de Gestion des Eaux) de l'estuaire de la Gironde avait fixé une disposition Oxygène ambitieuse avec un seuil objectif minimum, comme un indicateur intégrateur reflétant la présence du bouchon vaseux et de la qualité de l'eau. Toutefois, les bilans annuels de cette disposition, obtenus grâce au réseau d'observation MAGEST porté par le laboratoire EPOC, montrent des incursions récurrentes en deçà de ce seuil en été, alors que le bouchon vaseux est bien installé.
Le projet GIRONDE-SAGE soumis à l'appel à projet ANR-SAPS-CPPE (co-construction des politiques publiques) en février 2026 vise ainsi à contribuer à la révision de cette disposition Oxygène en prenant en compte les évolutions démographiques, climatiques (scénarios Explore2) et des usages, tout en préservant les écosystèmes. La disposition Ox s'appuie sur le nombre de jours sous un seuil, sans nuance, et suggère implicitement des actions à mettre en oeuvre en période estivale. Néanmoins, une première analyse des données de turbidité de MAGEST 2004-2013 a démontré que la présence estivale du bouchon vaseux est étroitement liée aux débits d'étiage, mais aussi au bilan hydrologique entre deux étiages. Il convient donc d'actualiser ce travail en l'élargissant à tous les paramètres MAGEST (salinité, température, oxygène dissous) sur la chronique de mesures 2004-2026 afin d'explorer leur dynamique saisonnière, de comprendre les facteurs de contrôle qui conduisent à un bouchon vaseux concentré et des désoxygénations autour de Bordeaux Métropole, et d'en prédire leur trajectoire.
Ce sujet de thèse vise ainsi à contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes en jeu dans l'estuaire de la Gironde et à l'amélioration des politiques publiques pour la gestion de l'eau (SAGE Estuaire de la Gironde) en co-construction avec le SMIDDEST. Le travail de thèse repose sur trois axes : 1/ Utiliser les données MAGEST (2024-2027) pour comprendre les facteurs de contrôle qui conduisent à un bouchon vaseux concentré et à des désoxygénations. 2/ Étudier l'impact des scénarios climatiques EXPLORE2 sur l'évolution de la qualité de l'eau et proposer des stratégies d'adaptation. 3/ Évaluer l'efficacité des politiques publiques actuelles (disposition oxygène) et proposer des indicateurs de qualité de l'eau adaptés à une gestion opérationnelle.

Le système fluvio-estuarien de la Gironde est un estuaire macrotidal (marnage supérieur à 3 mètre), dont la partie fluviale correspond à la Garonne et à la Dordogne aval. C'est l'un des plus grands estuaires macrotidaux européens, caractérisé par une zone de turbidité maximum, aussi appelé bouchon vaseux, avec des concentrations en matières en suspension (MES) > 1 g/L, dont la position longitudinale évolue au cours des saisons, et un effet de chasse lors des grandes crues (Allen et al, 1980). Ce piégeage des particules est lié au pompage tidale, i.e. le transport des matières en suspension vers lamont en raison de l'asymétrie de la marée. Ces fortes concentrations particulaires ont un effet direct localement (envasement, consommation d'oxygène dissous, piégeage de polluants) et vers les régions côtières avec la dispersion de panaches turbides (Sautour et Baron, 2021). Toutefois le système fluvio-estuarien de la Gironde subit de profondes modifications en lien avec les changements climatiques et à l'intensification de l'implantation humaine. Les conséquences sont une salinisation du système et une remontée progressive du bouchon vaseux vers les sections fluviales (Schmidt, 2020 ; Jalon-Rojas et al, 2021). Si les mécanismes de formation et d'expulsion du bouchon vaseux dans l'estuaire aval sont bien connus depuis les années 70s, la dynamique hydrosédimentaire de l'estuaire fluvial restait en revanche assez inexplorée jusqu'à l'exploitation des données de turbidité de la période 2004-2013 du réseau d'observation MAGEST (Etcheber et al, 2011;encart 2). L'analyse détaillée de ces 10 ans de turbidité a ainsi permis de proposer deux indicateurs hydrologiques de l'intensité du bouchon vaseux dans la Dordogne et la Garonne tidales (Jalon-Rojas et al., 2017): la durée d'étiage comme indicateur de la durée de présence du bouchon vaseux, et le volume d'eau qui s'écoule avant et pendant la présence du bouchon vaseux comme indicateur de sa concentration.
Outre le bouchon vaseux, l'oxygène dissous (DO), indispensable à la vie aquatique, est un indicateur critique de la qualité des eaux (Rabalais et al, 2010). L'hypoxie affecte la biodiversité et la fonction écosystémique des eaux , qui dans le cas de la Gironde constitue un lieu de passage d'espèces migratrices parfois emblématiques, comme l'esturgeon. Des épisodes d'hypoxie ont déjà été enregistrés dans la Garonne tidale, près de la métropole bordelaise (843 738 habitants), lors d'étiages secs et chauds (Lanoux et al, 2013; Schmidt et al, 2017). Bien que représentant imparfaitement l'amplitude de variations de concentration du bouchon vaseux, un modèle couplant l'hydrodynamique et la dynamique des sédiments et de l'oxygène dissous a permis de tester des scénarios de gestion sur la base de scénarios académiques, notamment en ce qui concerne les rejets urbains et le soutien d'étiage (Lajaunie-Salla et al, 2019). Les simulations de scénarios de changements globaux, basées sur les projections climatiques pour la Nouvelle Aquitaine, ont confirmé les très forts impacts négatifs de la température et des étiages sévères sur la présence du bouchon vaseux et l'oxygénation des eaux. En résumé, la qualité des eaux de l'estuaire fluvial de la Gironde est menacée par une augmentation de la présence du bouchon vaseux et du risque d'hypoxie estivale.
En résumé, l'estuaire de la Gironde est confronté à des défis majeurs quant à l'évolution de la qualité de l'eau, notamment dans sa section fluviale, la Garonne aval, en raison de :
- Développement urbain et économique : la métropole bordelaise est en forte croissance démographique avec une projection de 1 million d'habitants en 2030, ce qui constituera une pression accrue sur la qualité de l'eau, notamment via les rejets urbains.
- Changement climatique : Les projections (projet Explore 2, Sauquet et al, 2025) anticipent une hausse des températures et une modification des débits fluviaux, aggravant la dynamique du bouchon vaseux et le risque d'hypoxie.
- Usages concurrents : Navigation, pêche, tourisme, et préservation des écosystèmes (par exemple pour permettre la migration des poissons comme l'esturgeon ou les aloses) doivent être conciliés avec la gestion du bouchon vaseux, qui influence l'envasement, la turbidité et l'oxygénation.
- Cadre réglementaire : Le SAGE Estuaire de la Gironde (2013) fixait des objectifs ambitieux pour l'oxygénation (DO > 5 mg/L), mais les données récentes (réseau MAGEST) montrent des incursions en deçà de ce seuil en été, alors que le bouchon vaseux est bien installé (encart 1).

Le projet COGE-SAGE dans lequel d'inscrit la thèse vise à améliorer la gestion de la qualité de l'eau de la Garonne aval (section fluvial de l'estuaire de la Gironde) par une meilleure compréhension du bouchon vaseux et de l'oxygénation dans un contexte au développement urbain et de changement climatique et par la co-construction avec les acteurs publics d'indicateurs de qualité des eaux opérationnels

1.Traitement des données MAGEST :
oUtilisation de méthodes statistiques et d'analyse de séries temporelles permettant de caractériser les dynamiques saisonnières et interannuelles de la turbidité, de l'oxygène dissous, de la salinité et de la température
oIdentification des événements extrêmes (vagues de chaleur, étiages sévères, crues) et leur impact sur la qualité de l'eau ?
ocroisement de ces données avec les débits fluviaux, les rejets urbains et les opérations de soutien d'étiage pour comprendre les facteurs de contrôle du bouchon vaseux et de l'hypoxie
2.Développement d'indicateurs dynamiques :
oQuels indicateurs composites (combinaison de paramètres physico-chimiques) peuvent mieux refléter la qualité de l'eau que le seuil statique actuel d'oxygène dissous (5 mg/L) ?
oComment intégrer les scénarios climatiques (EXPLORE2) pour prédire l'évolution future de ces indicateurs ?
oComment simplifier ces indicateurs pour une utilisation opérationnelle par les gestionnaires (ex. : tableau de bord dynamique) ?
Les données MAGEST sont disponibles. L'étudiant pourra intervenir dans les opérations de maintenance du réseau MAGEST et dans des échantillonnages ponctuels (situations extrèmes: crues, séchesse, vagues de chaleur).

Le profil recherché est plutôt un candidat à l'aise ave le traitement des données environnementales:
- base en géosciences marines
- maîtrise des outils de gestion de données : Savoir utiliser des outils comme R, Python (avec des bibliothèques comme Pandas, NumPy), nettoyer et organiser de grands jeux de données;
- bases en analyse statistique avancée : méthodes statistiques (régression, analyse multivariée, tests d'hypothèses), traitement de séries temporelles (décompositions saisonnières, tendances, saisonnalités, évènements) ;
- capacité à utiliser et écrire des scripts pour automatiser le traitement des données (par exemple, Python, ou R).
- Esprit critique : Capacité à évaluer la qualité des données et la robustesse des analyses.
Adaptabilité : Ouverture à apprendre de nouvelles méthodes ou outils en fonction des besoins du projet.