L’amélioration de la compréhension du fonctionnement biogéochimique des écosystèmes aquatiques vise à quantifier finement la dynamique spatiale et temporelle du métabolisme des écosystèmes aquatiques, qui est fortement lié aux écoulements et mélanges d’eaux de différentes origines, au dégazage vers l’atmosphère, et à la réponse biologique. Plus particulièrement, ce sont les traceurs gazeux dissous dans l’eau qui sont utilisés pour comprendre où, quand et comment se déroule chaque étape de l’eau dans les hydrosystèmes. Les gaz dissous dans l’eau ont des origines très variées et proviennent de l’atmosphère (N2, O2, Ar, …), de la lithosphère (4He, 222Rn, …), de la biosphère (N2, O2, CO2, CH4, N2O, H2, H2S, …) et des activités anthropiques (CFCs, SF6, …). Ils possèdent également des propriétés très différentes et peuvent être stables (He, Ne, Ar, Kr, Xe), radioactifs (37Ar, 39Ar, 81Kr, 85Kr, 222Rn, …) ou réactifs (N2, O2, CO2, CH4, N2O, H2, H2S, …). C’est cette diversité d’origines et de propriétés qui rend l’utilisation de ces traceurs versatiles particulièrement pertinente pour l’étude du cheminement de l’eau et des processus physiques et biogéochimiques associés.

Le spectromètre de masse, technologie Membrane Inlet Mass Spectrometer (MIMS), développé dans le cadre de TERRA FORMA est le prolongement des travaux de recherche en instrumentation de GR (Equipex+ CRITEX) qui ont conduit à la conception d’un premier prototype de mesure in situ à haute fréquence (30 min ou mieux) des gaz dissous directement impliqués dans le métabolisme (O2, N2, CO2, CH4, N2O), mais également des gaz inertes traceurs des écoulements (He, Ar, Rn notamment). En effet, la technologie MIMS a reçu un intérêt grandissant des sciences de l’environnement pour sa capacité à réaliser de la mesure haute fréquence de plusieurs gaz dissous en laboratoire. Récemment, la technologie MIMS a progressé en termes de portabilité, miniaturisation, sensibilité et gamme de composés volatiles dissous accessibles, permettant la mesure haute fréquence sur site. La fréquence de mesure de quelques secondes est désormais possible pour l’ensemble des gaz dissous, permettant le déploiement en expériences contrôlées, comme les traçages, ou le suivi long terme pour la caractérisation physiques et biogéochimiques des milieux étudiés. Ici, l’enjeu des développements vise à rendre le dispositif de mesure communiquant, optimiser sa consommation énergétique, définir une méthodologie de déploiement (filtration des échantillons et calibration pour stabiliser la mesure) en zone hyporhéique et en rivière, et tester ses capacités de mesures dans divers contextes et sur des périodes de temps longues (plusieurs mois).

Ce dispositif portatif, communiquant, et rapide à mettre en œuvre offre de nouvelles possibilités d’acquisition sur le terrain : à haute fréquence (<30 min), et ce sur des périodes de temps longues (plusieurs mois). Grace aux données acquises, il s’agira de développer et valider des modèles couplés des écoulements et du fonctionnement biogéochimique des hydrosystèmes liés aux cours d’eau, en capturant les dynamiques temporelles de l’échelle journalière à saisonnière.

Thématiques  : Ressources en Eau , Pollution

Mis à jour le 21 mai 2024