Analyzing and Modelling eutrophication in the Loire River
Analyse et modélisation de l'eutrophisation de la Loire
Résumé
This thesis aims at studying the physical and chemical causes and consequences that result from excessive
phytoplankton growth in the Loire River. The analysis identified some parameters characterizing river
eutrophication and was conducted on several spatial and temporal scales. This was based on long-term
water quality time-series (1980-2012), a daily survey carried out during this work (2012-2014), and the
numerical modeling of the river biogeochemical functioning with an hourly resolution.
Phytoplankton development in summer was reduced 2.5-fold in the Loire River and in the main tributaries,
synchronously with the generalized reduction 3-fold of bioavailable phosphorus as a result of controlling
and limiting phosphorus point sources.
However, the Loire River remains sensitive to eutrophication, with a significant urban and agricultural
pressure, low water levels in summer, and its multiple channels morphology slowing down the water
velocity. All these factors combined favor phytoplankton development. When hydrological conditions
are favorable, phytoplankton grows and significantly affects the ecosystem functioning, with an impact
on nutrients, carbon and oxygen biogeochemical cycles.
Ce travail a pour objectif d’étudier les conditions physicochimiques qui causent dans la Loire des
développements excessifs de phytoplancton, et de mettre en évidence les modifications des équilibres
biogéochimiques qui en résultent. L’analyse des variables de l’eutrophisation a été conduite sur plusieurs
niveaux d’échelle temporelle et spatiale, sur la base de longues chroniques de qualité de l’eau (1980-
2012), de données acquises à l’échelle journalière pendant la thèse (2012-2014), et d’un modèle numérique
biogéochimique à résolution horaire.
Depuis les conditions hypereutrophes des années 1980, la biomasse phytoplanctonique qui se développe en
période estivale a été réduite d’un facteur 2,5 dans la Loire et dans ses affluents, de manière concomitante
avec la baisse généralisée d’un facteur 3 des teneurs en phosphore biodisponible, liée au contrôle des
rejets ponctuels urbains et industriels.
Le fleuve de la Loire (France) reste cependant sensible à l’eutrophisation, du fait d’une forte pression
agricole et urbaine, des étiages prononcés, et une morphologie fluviale à chenaux multiples qui ralentit
l’écoulement, laissant pleinement au phytoplancton le temps de se développer. Lorsque les conditions
hydrologiques le permettent, le développement du phytoplancton impacte fortement le fonctionnement
de l’écosystème, en agissant significativement sur les cycles biogéochimiques des nutriments, du carbone
et de l’oxygène.