Caractérisation et stabilité de la matière organique des sédiments des grandes retenues

Contacts:  michel.baudu@unilim.fr,  rudy.nicolau@ensil.unilim.fr,  isabelle.bourven@unilim.fr

These 3: Doctorant – Sylvain Bascle

Directeurs.e de Thèse : Michel Baudu, Rudy Nicolau et Isabelle Bourven

Contexte

Les sédiments accumulés dans les retenues de barrage contiennent la plupart du temps une forte proportion de résidus organiques. Ces composés représentent la partie évolutive (humification, fermentation, …) du sédiment et présentent une forte réactivité vis à vis du système (Eléments traces métalliques, ions…). Cette Matière Organique (MO) joue pour ces raisons un rôle majeur dans la qualité des sédiments et de l’eau à son contact. D’autre part, elle est un obstacle à la valorisation des sédiments et pose donc des problèmes lors du curage des retenues. En effet, sa nature et sa quantité influencent directement les propriétés mécaniques et la stabilité des matériaux. Sa fermentation en milieu anoxique peut par ailleurs être une source de méthane. Ce gaz est impliqué dans le réchauffement climatique mais il peut aussi être source d’énergie.

Le travail que nous nous proposons de développer dans cette thèse s’appuie sur ce constat et vise à mieux comprendre les implications de cette MO dans les retenues de barrage. Cette fraction organique représente entre 20 et 40% en masse des sédiments. Son origine est diverse. Nous pouvons distinguer la MO provenant des sols du bassin versant (ayant déjà subi des modifications), les apports de la ripisylve et des activités anthropiques ainsi que la production interne dû à l’activité biologique. Au sein du sédiment, la MO est essentielle puisqu’elle est le moteur de la diagenèse précoce. Son évolution résulte de la succession de réactions d’oxydoréduction, catalysées par les micro-organismes. En fonction des conditions du milieu, elle va se dégrader en molécules simples (acide aminé, méthane) ou se réarranger en molécules complexes (substances humiques). Cette transformation très dépendante de l’environnement, peut conduire à une diversification des caractéristiques de la MO originelle. Ainsi, cette combinaison des sources et des mécanismes en place dans les retenues, va conduire à la génération de MO aux caractéristiques et propriétés différentes d’une retenue à une autre mais également au sein des retenues elles même lorsque les conditions varient de manière significative.

Objectifs

Dans cette thèse nous nous focaliserons donc sur la matière organique des sédiments de retenue de barrage
hydroélectrique. Les objectifs seront d’identifier (1) la diversité de MO rencontrée dans les retenues (2) les
mécanismes à l’origine de cette diversité (3) les comportements et propriétés de ces différentes MO.

Pour cela le travail sera orienté suivant 2 axes :
– extraction de la MO: Dans cette partie, le candidat s’efforcera de développer des approches innovantes d’extraction et de fractionnement de la MO. La caractérisation fine de cette MO par des techniques analytiques de pointes (spectrométrie de masse, isotopie, RMN …) sera également abordée. Ces propriétés seront testées par le biais d’expériences de type BMP (Biochemical Methane Potential) ou complexation en batch …
– évolution de la MO: Cette 2eme phase consistera à étudier la dynamique de maturation de la phase organique du sédiment en milieu contrôlé. Le travail sera mené sur 10 mois en pilote de plusieurs litres à partir d’un sédiment de référence. Les techniques développées dans la partie précédente seront ici appliquées pour suivre l’évolution des caractéristiques de la MO.