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Urban ecosystem ecology at the soil-plant-atmosphere: Studies on a Parisian long-term chronosequence
No full textThe study of urban ecosystems has been expected to provide knowledge on general ecological questions and contribute to global change research, as well as develop practical knowledge on how to improve the contribution of the ecological infrastructure of cities to ecosystem services across scales. Due to the strong, urban-specific entanglement of abiotic factors (high near-ground CO2 concentrations, high amount of reactive nitrogen in the atmosphere, altered climate, light pollution etc.), studying long-term ecological dynamics of urban ecosystems appears essential since it can provide information on net patterns that are invisible on shorter time-scales, help infer the underlying processes and provide insights on the long-term effects of management practices on the ecological infrastructure and its sustainability.
Street tree plantations in Paris were chosen as a model to pursue our investigations on these matters
Multi-indicators approach for nitrate sources determination in a karstic spring (Southwest of France)
No full textLes nitrates, largement dérivés des activités anthropiques posent un réel problème pour la santé et l'environnement lorsqu'ils se retrouvent dans le milieu naturel, en particulier lorsque la ressource est destinée à la production d'eau potable. Déterminer l'origine de ces nitrates est alors une première étape indispensable pour assurer ensuite une meilleure gestion de ces ressources en eau. C'est dans ce but, qu'une approche multi-traceurs originale a été développée sur la source karstique du Marseillon, située dans le Sud-Ouest de la France et exploitée pour l'eau potable. Une stratégie d'échantillonnage a été menée entre octobre 2010 et janvier 2013 à différentes échelles spatiales (du régional à l'étude du forage) et temporelles (du suivi mensuel au suivi horaire). Les outils hydrodynamiques et géochimiques ont mis en évidence une contribution importante d'une eau pauvre en nitrate à l'alimentation de la source. Les outils isotopiques (?15N-NO3, ?18O-NO3 et ?11B) et microbiologiques ont permis d'identifier une connexion hydraulique entre les eaux de surface et la source du Marseillon, favorisée pendant les épisodes de crues de surface. Les outils de datation ont permis d'estimer une contribution d'environ 80% d'une eau de 1980 et de 20 % d'une eau rechargée au cours de l'année de la mesure (2011) caractérisée par des nitrates d'origine organique et des contaminations fécales humaines et animales. Les résultats obtenus ainsi que la démarche développée dans cette thèse ont permis de dresser les grandes lignes d'un guide méthodologique, accessible aux plus grand nombre d'acteurs de l'eau, pour la détermination de l'origine des nitrates dans les eaux souterraines.Nitrate is widely derived from anthropogenic activities. When it reaches groundwater bodies, it becomes an environmental issue especially when the resource is used for drinking water supply. The determination of nitrate sources is thus the first step in water restoration and preservation management. An innovative multi-indicators approach has been used in Marseillon karstic spring (Southwest of France) which is considered as a strategic resource for drinking water supply. A spatial and temporal multi-scale sampling plan has been carried out in surface waters and groundwater. Hydrodynamic and geochemical tools helped to highlight an important contribution of deep water origin (i.e.: low nitrate concentration) in spring alimentation. Isotopic (?15N-NO3, ?18O-NO3 and ?11B) and microbiological tools have allowed identifying a hydraulic connection between surface water and the spring. This connection seems to be more important during the river?s flood events. Water dating shows a heterogeneous recharge of Marseillon spring with old water (<1940) mixed with current water characterized by nitrate derived from organic sources and fecal contamination originated from both human and animal wastes. This original multi-tracers approach developed in this thesis improves the knowledge on the nitrate origin determination and can be seen as a methodological guide for drinking water management
Analytical development for compound-specific stable isotope analysis (CSIA) applied to organic emerging contaminants : case study of galaxolide
No full textLes Contaminants d'Intérêt Émergent (CECs) représentent une vaste gamme de produits chimiques synthétiques non réglementés qui constituent des menaces potentielles pour les écosystèmes aquatiques et la santé humaine. Parmi ces CECs, le Galaxolide (HHCB), un ingrédient de musc synthétique largement utilisé dans de nombreux produits commerciaux, a été classé comme produit chimique à Grand Volume de Production (HPV) par l'Organisation de Coopération et de Développement Économiques (OCDE) depuis 2004. HHCB est principalement détecté dans les eaux d'effluent et rejeté dans les milieux aquatiques sans être totalement éliminé. Malheureusement, seule la mesure des concentrations de HHCB dans les échantillons environnementaux ne fournit pas d'informations sur son l'origine ou et son devenir dans les milieux aquatiques. L'analyse Isotopique de Composés Spécifiques (CSIA) a émergé comme un outil pour identifier le sort des CECs en traçant leurs signatures isotopiques individuelles, sans nécessiter de données sur leur concentration. Cependant, l'application du CSIA dans les produits de soins personnels contenant du HHCB reste limitée. Développer une méthode CSIA est essentiel pour comprendre pleinement l'histoire de vie du HHCB. Dans ce contexte, nous avons étudié la biodégradation et la photodégradation, processus clés pouvant dégrader le HHCB dans les milieux aquatiques. L'objectif spécifique était d'évaluer la CSIA pour discriminer le sort, la source ou l'origine du HHCB. Deux bactéries, Priestia sp. 35 ODPABA G14 et Rhodococcus sp. 23 AHTN G14, précédemment isolées de sédiments sous-marins, ont été testées pour leur résistance ainsi que leur potentiel à dégrader non seulement le HHCB mais aussi d'autres CECs incluant les muscs synthétiques, les filtres UV, les produits pharmaceutiques et les pesticides. Priestia sp. et Rhodococcus sp. ont montré un potentiel de biodégradation élevé, en particulier pour les composés hydrophobes. Bien que cela ne s'applique pas à tous les CECs, les résultats indiquent une corrélation positive entre la résistance bactérienne marine aux CECs et leur potentiel de biodégradation significatif. De plus, nous avons étudié la cinétique de la photodégradation directe et indirecte pour identifier le rôle des espèces réactives responsables de la dégradation du HHCB sous la lumière du soleil et UVC, ainsi que pour déterminer ses produits de transformation. Les conditions environnementales représentatives avec de l'acide humique, du carbonate (CO3-2) et du nitrate (NO3-) ont été testées dans de l'eau ultrapure. Pour évaluer l'effet du prétraitement et du post-traitement, des eaux fluviales et d'effluents ont été utilisées. Ces expériences ont révélé l'efficacité de la photolyse directe dans la dégradation du HHCB sous les deux conditions de lumière. 3DOM*, •OH, CO3•- et 1O2 sont les principales espèces réactives qui peuvent contribuer à la dégradation du HHCB via la photolyse indirecte à des taux différents selon la matrice et la lumière. La Lactone HHCB, un produit de transformation bien connu, et deux autres substances dont les structures ont été proposées ont été détectées. Enfin, le potentiel de la CSIA à identifier les processus de photodégradation (sous UVC) et de biodégradation (par Priestia sp.) et à tracer la source et l'origine du HHCB dans les produits de soins personnels a été évalué. Les expériences par lots n'ont révélé aucun fractionnement isotopique significative pendant la photodégradation et la biodégradation. Bien qu'il y ait une grande variation des concentrations de HHCB dans les produits de soins personnels, atteignant des niveaux dépassant 15 g L-1 dans certains cas, les valeurs de δ13C seules étaient insuffisantes pour distinguer leurs sources ou origines. Par conséquent, ce travail contribue à une meilleure compréhension du sort du HHCB dans les milieux aquatiques et met en évidence le potentiel futur de la CSIA pour déterminer la source et l'origine des CECs.The Contaminants of Emerging Concern (CECs) represent a wide range of unregulated human-made chemicals that pose potential threats to both aquatic ecosystems and human health. Among these CECs, Galaxolide (HHCB), a widely used synthetic musk ingredient in many commercial products, has been listed as High Production Volume (HPV) chemical by the Organization for Economic Cooperation and Development (OECD) since 2004. HHCB is primarily detected in effluent waters and released into aquatic environments without complete removal. Unfortunately, the measurement of HHCB concentrations in environmental samples fails to provide insights into either the fate or the origin in aquatic ecosystems. Compound Specific Isotope Analysis (CSIA) has emerged as a tool for identifying the fate of CECs by tracing their individual isotopic signatures, without requiring data on their concentration. However, the application of CSIA in personal care products containing HHCB remains limited. Developing a CSIA method is essential for fully understanding the life story of HHCB. In this context, we studied biodegradation and photodegradation, key processes that can degrade HHCB in aquatic environments. The specific objective was to evaluate CSIA to discriminate the fate, source, or origin of HHCB. Two bacteria Priestia sp. 35 ODPABA G14 and Rhodococcus sp. 23 AHTN G14, previously isolated from submarine sediments, were tested for their resistance as well as their potential to degrade not only for HHCB but also for other CECs including synthetic musks, UV filters, pharmaceuticals and pesticides. Priestia sp. and Rhodococcus sp. showed high biodegradation potential, especially for hydrophobic compounds. Although this may not apply to all CECs, the results indicate a positive correlation between marine bacterial resistance to CECs and their significant biodegradation potential. Additionally, we investigated the kinetics of direct and indirect photodegradation to identify the role of reactive species responsible for HHCB degradation under sunlight and UVC light, as well as to determine its transformation products. Representative environmental conditions in the presence of humic acid, carbonate (CO3-2), and nitrate (NO3-) were tested in ultrapure water. To evaluate the effect of pre-treatment and post-treatment effect, riverine and effluent waters were used. These experiments revealed the effectiveness of direct photolysis in degrading HHCB under both light conditions. 3DOM*,•OH, CO3•-, and 1O2 are the main reactive species that can contribute to HHCB degradation via indirect photolysis at different rate depending on the matrix and light. HHCB Lactone, a well-known transformation product, and two other substances with proposed structures were detected. Finally, the potential of CSIA to identify photodegradation (under UVC) and biodegradation (by Priestia sp.) processes and to trace the source and origin of HHCB in personal care products was evaluated. Batch experiments revealed no significant isotopic fractionation during both photodegradation and biodegradation. Although there is wide variation in the HHCB concentrations in personal care products, reaching levels exceeding 15 g L-1 in some cases, δ13C values alone were insufficient to distinguish their sources or origins. Consequently, this work contributes to a better understanding of the fate of HHCB in aquatic environments and highlights the future potential of CSIA for determining the source and origin of CECs
Reactivity of anoxic marine mangrove sediments to the biogeochemical cycling of nitrogen : Influence of the Beggiatoaceae microbial mat and interactions between the biogeochemical cycles of nitrogen, sulfur and carbon.
No full textLes résultats obtenus sur les sédiments anoxiques de mangrove en milieu marin étudiés montrent la capacité des sédiments de mangroves riches en matière organique à recycler les nutriments inorganiques en dépit de leur déficience en éléments nutritifs (concentrations en nitrate [NO3-] et nitrite [NO2-] < 5mM ; concentration en ammonium 163<[NH4+]<1127 M). L’étude de la dégradation de la matière organique sur le site de la Manche à Eau a permis de souligner les différences de réactivité entre les sédiments présents sous le tapis microbien de Beggiatoaceae (ST) et ceux ne présentant pas de tapis (HT). Ainsi, les processus de sulfato-réduction et de minéralisation de l’azote sont plus importants dans les sédiments ST. Le taux potentiel maximal de réduction de nitrate de 1625,6 nmol.cm-3.h-1, obtenu dans les sédiments étudiés traduit leur aptitude à agir comme un puit pour cet élément. De plus, les résultats obtenus montrent que l’élimination du nitrate dans les sédiments étudiés est favorisée par l’augmentation des concentrations en nitrate fournies, la disponibilité du carbone assimilable, le temps de contact entre les sédiments et le substrat ainsi que par la présence du tapis microbien. Les taux de réduction du NO3-, la production NH4+ et la minéralisation de l’azote dans les sédiments ST suggèrent que la réduction dissimilative du nitrate en ammonium (DNRA) serait la voie préférentielle d’élimination du nitrate. Cette thèse laisse supposer que le développement de solutions d’ingénierie écologique associé à l’acquisition de connaissances sur le fonctionnement global des mangroves peuvent aboutir à l’identification de sites préférentiels de recyclage des composés azotés.The results obtained within the framework of this thesis emphasize the capacity of these mangrove sediments rich in organic matter to recycle inorganic nutrients during the decomposition of the litter, despite their inherent deficiency in nutrients (nitrate concentrations [NO3-] and nitrite [NO2-] < 5mM; ammonium concentration 163<[NH4+]<1127 M). The study of the degradation of organic matter in Manche à Eau made it possible to emphasize the differences in reactivity between the sediments under a microbial mat of Beggiatoaceae (ST) and those without mat (HT). The sulphate reduction and nitrogen mineralization processes showed to be more important in ST sediments. The maximum potential of nitrate reduction rate of 1625.6 nmol.cm-3.h-1 obtained in the sediments reflects their ability to act as a sink for this element. The reduction rates depend on the environmental parameters specific to each zone. This elimination is favored by the increase in supplied nitrate concentrations, the availability of assimilable carbon, the contact time between the sediments and the substrate, as well as by the presence of the microbial mat. Analysis of nitrate reduction rates combined with ammonium production and nitrogen mineralization in ST sediments suggests that DNRA is the preferred microbial pathway for nitrate elimination. The results obtained within the framework of this thesis suggest that the development of so-called ecological engineering solutions through the acquisition of knowledge on the overall functioning of mangrove ecosystems can lead to the identification of preferential recycling sites for nitrogen compounds
Testing the use of nitrogen isotopes of terrestrial organic matter as a paleoclimatic marker in pre-quaternary sediments
No full textDes études pionnières ont montré que la composition isotopique de l’azote de matières organiques terrestres (δ15Norg) est corrélée à des paramètres climatiques tels que les précipitations et la température. Appliqué à la matière organique ancienne, ce concept a permis récemment de reconstituer des cycles humides/secs à la transition Paléocène-Eocène (56 Ma). Dans la continuité de ces travaux, cette thèse vise à tester le δ15Norg comme marqueur paléoclimatique sur des coupes couvrant d’autres périodes géologiques, marquées par des changements climatiques importants : la coupe de Taskomirsay (Pliensbachien-Toarcien, ~183 Ma), la coupe de Faddeevsky (Paléogène, probablement Eocène inférieur, 53-50 Ma) et une carotte du Bassin de Rennes (Eocène-Oligocène, ~34 Ma). Parallèlement une expérience de diagenèse sur des bois actuels a été menée en laboratoire pour mieux comprendre les effets de la diagenèse sur le δ15Norg. L’expérience de diagenèse suggère que la diagenèse précoce homogénéise les valeurs de δ15N pour conduire finalement à une valeur moyenne, intégrant les différentes composantes d’un environnement. Les résultats indiquent un changement non-linéaire et rapide qui suggère qu’il s’effectue quasiment de manière instantanée à l’échelle géologique. Néanmoins, les grands changements environnementaux affectant toutes les composantes d’un écosystème pourraient être potentiellement enregistrés par le δ15Norg. Les données paléoclimatiques inférées des isotopes de l’azote organiques sur les coupes étudiées ont été confrontées à d’autres caractéristiques géochimiques des sédiments étudiés (analyses élémentaires du carbone et de l’azote, Rock-Eval, biomarqueurs moléculaires, rapport des isotopes stables du carbone et la composition isotopique en hydrogène de certains biomarqueurs moléculaires), afin (i) de déterminer les sources de la matière organique et son état de préservation, et (ii) d’obtenir un éventail informations paléoenvironnementales/paléoclimatiques sur les coupes. Le réchauffement climatique documenté au Toarcien inférieur (Taskomirsay) par d’autres méthodes n’a pas eu d’impact sur le δ15Norg, qui suggère plutôt une humidité importante et quasiment constante, en accord avec la palynologie et la géochimie moléculaire. Les résultats obtenus sur la coupe principale du Paléogène (Faddeevsky) sont plus contrastés d’un point de vue paléoclimatique avec une réponse du δ15Norg différentielle entre la base et le sommet de la coupe. A la transition Eocène-Oligocène (Bassin de Rennes), le δ15Norg enregistre une baisse importante de l’humidité, en accord avec l’analyse des minéraux argileux. La baisse concomitante des températures à cette transition n’a probablement pas eu d’effet sur le δ15Norg. Le δ15Norg semble donc être principalement influencée par la disponibilité en eau. Les limites méthodologiques et analytiques du δ15Norg sont également discutées. Il apparaît notamment que les échantillons très riches en matière organique (>40%) ne sont pas adaptés au protocole préparation des échantillons qui est actuellement utilisé. Pour les matières organiques pré-quaternaires, l’analyse directe du δ15Norg sur les kérogènes pourrait constituer une alternative intéressante. A terme, le δ15Norg, associé à d’autres outils de reconstruction paléoenvironnementale, pourrait servir à préciser les modifications du cycle de l’azote – principalement via la disponibilité en eau et en nutriments – dans les paléoécosystèmes terrestres.Nitrogen isotopes of modern and terrettrial organic matter (δ15Norg) has been related to precipitations and temperatures. These observations were recently applied to reconstruct humid/dry cycles at the Paleocene-Eocene transition (56 Ma). Following this work, this thesis aims to test the δ15Norg as a paleoclimatic marker on field sections encompassing other geological periods, characterized by contrasted climates: the Taskomirsay section (Pliensbachian-Toarcian, ~183 My), the Faddeevsky section (Paleogene, probably Early Eocene in age, 53-50 My) and a drill core from the Rennes Basin (Eocene-Oligocene, ~34 My). In addition, modern wood were incubated to evaluate the effects of early diagenesis on δ15Norg with a paleoenvironmental perspective. The incubation of modern wood suggests that early diagenesis homogenizes δ15N values leading to an average value integrating the different components of an environment. Results showed fast and non-linear effects of early diagenesis on organic matter, suggesting almost instantaneous changes at the geological scale. Thus, major environmental changes affecting all components of an ecosystem may be potentially recorded by the δ15Norg. Paleoclimatic data inferred from the organic nitrogen isotopes of the study sediments were compared to other geochemical features of the latter (carbon and nitrogen elemental analyses, Rock-Eval, molecular biomarkers, carbon and nitrogen isotopes, hydrogen isotopes measured on specific-compound), in order to (i) characterize sources of the organic matter and its preservation state, and (ii) get other paleoenvironmental markers. Global warming recorded in the Early Toarcian (Taskomirsay) had no impact on the δ15Norg that suggests high and almost constant humidity. This is consistent with palynological and molecular data. Results in Faddeevsky (Paleogene) are more difficult to interpret in terms of climate changes, with a contrasted response of the δ15Norg between the base and the top of the section. At the Eocene-Oligocene transition, δ15Norg values, in agreement with clay minerals changes, recorded a significant drop in humidity. In addition, the concomitant drop in temperatures, associated with this transition, probably had no effect on the δ15Norg values. All those results highlight water availability as a first climatic control on δ15Norg values. Methodological and analytical limitations of the δ15Norg are also discussed. It is concluded that OM-rich samples (> 40%) are most probably not suitable for the protocol of preparation, which is currently used. Alternatively, direct measurements of δ15Norg values for organic pre-quaternary sediments are suggested, by analyzing kerogens of the samples. Eventually, the δ15Norg, combined with other paleoenvironmental markers, could be used to evaluate the modifications of the nitrogen cycle – mainly via water and nutrients availability – in terrestrial paleoecosystems
Utilisation du traçage isotopique naturel pour caractériser et quantifier les processus de nitrification et de dénitrification à l'échelle du réseau hydrografique de la Seine
No full textPARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Sci.Terre recherche (751052114) / SudocSudocFranceF
Functioning and Vulnerability of a multilayered karst aquifer using multitracers approach and high resolution monitoring. : application to Toulon Springs (Dordogne, France)
No full textCe travail de thèse s’inscrit dans une démarche d’approfondissement des connaissances du fonctionnement des aquifères karstiques. Pour cela, le site pilote des Sources du Toulon, siège d’une alimentation multiréservoirs, a été choisi et offre une fenêtre d’observation privilégiée sur les relations hydrogéologiques entre les aquifères de la marge Nord du Bassin aquitain. Elles sont utilisées depuis 1832 pour l’alimentation en eau potable de la ville de Périgueux, et constituent actuellement son unique ressource.L’objectif de ce travail a été de tester une approche multi-traceurs et un suivi haute-résolution pour caractériser le fonctionnement et la vulnérabilité d’un aquifère karstique multicouche.L’utilisation d’une approche couplée hydrodynamique et hydrochimie a mis en évidence l’alimentation des Sources du Toulon par une ressource profonde et captive en complément d’un aquifère libre plus superficiel. Ces informations ont été intégrées dans le contexte hydrogéologique global de la zone d’étude pour proposer une nouvelle délimitation du bassin d’alimentation des Sources du Toulon.L’utilisation d’un suivi haute-résolution a permis de préciser le fonctionnement hydrogéologique du système karstique étudié. Il en ressort des fonctionnements différents suivants les crues, avec des transferts de masse pouvant s’étendre de quelques jours à quelques semaines.L’apport des isotopes des nitrates (δ15N-NO3- ; δ18O-NO3-) a permis d’identifier deux origines des nitrates mesurés dans les eaux de surface et souterraines : les fertilisants minéraux de synthèse utilisés pour l’agriculture, et les rejets d’assainissement individuels.L’évaluation temporelle de la vulnérabilité spécifique des Sources du Toulon à certains marqueurs de contamination tels que les particules, les éléments bactériologiques et les nitrates a permis de distinguer plusieurs masses d’eau superficielles et subsuperficielles participant à l’alimentation pendant les crues, et jouant un rôle différent dans le transfert des contaminants.This work is included in an approach for a better knowledge of karst aquifers. For this, the Toulon Springs pilot site was chosen, and provides the opportunity to study relationships between multilayered karst aquifers of the northern edge of the Aquitaine sedimentary basin. Toulon Springs are major regional springs and are located in Périgueux (Dordogne County, France). They have been supplying water to the metropolitan area of Périgueux since 1832.This work aim to test an innovative multitracer approach coupled with a physicochemical high-resolution auto-monitoring to characterize functioning and vulnerability of a multilayered karst aquifer.The use of a coupled hydrodynamic and hydrochemical approach has highlighted Toulon Springs supply by a deep and captive aquifer, in addition to a more subsuperficial aquifer. This information has been incorporated into the global hydrogeological situation of the study area to propose a new delineation of Toulon Springs hydrogeological cathment.The use of a high-resolution monitoring enables to specify the hydrogeological functioning of the studied karst system. The analysis performed on several flood events, identify that mass transfer can range from a few days to a few weeks.The use of nitrate isotope (δ15N-NO3- ; δ18O-NO3-) enables to identify two main nitrate sources in both surface water and groundwater: (i) inorganic fertilizer; (ii) sewage from individual house.The last part of this work was to analyse Toulon Springs temporal vulnerability during floods to marker of contamination such as particles, dissolved organic carbon, nitrate, and bacteria. Hence, several water type from surface runoff, unsaturated zone and saturated zone were identify as responsible of contaminant transfer: (i) water from saturated zone is responsible of vulnerability to mineral particles ; (ii) water from unsaturated zone is responsible of vulnerability to nitrare ; (iii) water from surface runoff is responsible of vulnerability to bacteria contamination
Transformations of nutrients (N, P, Si) in the turbidity maximum zone of the Seine estuary and export to the sea
No full textInternational audienceNutrients (N, P, Si) were studied in the turbidity maximum zone (TMZ) of the Seine estuary at various moments of tidal cycles from April to October in 2001, 2002 and 2003, covering a salinity gradient from 0 to 27. Contrasted hydrological conditions were observed (extremely wet in 2001, unusually dry in 2003). Nutrient fluxes were analysed in terms of an indicator of coastal eutrophication potential (ICEP) using nutrient stoichiometry. Besides these three years, nutrient fluxes and corresponding ICEP values were analysed for a 17-year period, from 1990 to 2006. N, P and Si forms did not show ample transformations in the salinity gradient, revealing that the estuary plays a limited buffer role at the interface between river and coastal zone, however not inconsiderable during dry hydrology when longer water and particle residence times are compatible with the biological growth rates. The simplified LIFT model of the TMZ, already used for analysing organic matter transformation, was implemented here to simulate the nutrients' behaviour in the salinity gradient and to quantify nutrient fluxes after their transit in the TMZ. Abatements ranging from 15% to 40% of incoming N and P were calculated, without significant changes for silica. Although P-ICEP values did not show a severe risk for coastal eutrophication for the past few years, contrary to the situation from 1970 to 2000, the high N-ICEP, due to a steady use of fertilisers in agriculture, is a real threat for eutrophication and harmful algal blooms
Mapping and source identification of groundwater pollution by nitrate : theory and application to the Brusselian sand groundwater body
No full textThis thesis aimed to improve our understanding of groundwater pollution by nitrate at the regional scale of the Brusselian sand groundwater body (Belgium). Despite all the nitrate reduction actions that were undertaken to meet European directives, this study area still presents one of the highest groundwater nitrate concentrations of the Walloon Region. Further assessing the pollution levels of groundwater and identifying the contamination sources are therefore needed for designing sustainable water management strategies.
Our first main objective was to assess groundwater contamination at the regional scale by mapping the nitrate concentrations. The locations where groundwater quality properties were measured are scarce and sparsely distributed over space. We therefore used a data fusion method in order to improve the mapping quality of groundwater nitrate concentrations in areas located far away from monitoring stations.
The transfer time of nitrate to the aquifer is one of the reasons that could explain the lack of improvement in water quality. We estimated the travel time of percolating water through the vadose zone.
Our second main objective was to identify sources of groundwater nitrate pollution in the study area. Two statistical methods were used to link the measured nitrate concentrations with land and land use attributes. The isotopic signature of groundwater nitrate allowed to identify the source of pollution observed in some monitoring stations, and gave insight about processes affecting the contamination.(AGRO 3) -- UCL, 200
Nitrate and Carbon Availability as Drivers of Isotopic Fractionation of Nitrate in Estuarine Sediments
No full textInternational audienceThis study investigates isotopic fractionation associated with nitrate reduction in estuary sediments, focusing on the influence of nitrate and organic carbon availability. Flowthrough reactor experiments using sediments from the Trieux, Seine, and Scheldt estuaries revealed that the isotopic enrichment factor (ε) varied widely, showing an inverse relationship with nitrate reduction rates only under nonlimiting nitrate conditions. Under these conditions, increasing reduction rates diminished enzyme selectivity, leading to lower isotopic discrimination, while at lower rates, isotopic enrichment increased due to substrate selectivity. The addition of carbon further enhanced reduction rates, confirming the carbon limitation as a key driver of isotopic fractionation patterns. These results highlight the importance of substrate availability in shaping isotopic signatures in natural sediments beyond reduction rates alone. Our findings provide critical insights for interpreting nitrate isotopic data in field studies, emphasizing the need to consider local substrate dynamics for accurate assessments of nitrogen cycling in coastal ecosystems
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