Modélisation du devenir à moyen terme dans l'eau et le sédiment des éléments majeurs (N, P, Si) rejetés par la Seine en Baie de Seine

The Bay of Seine is a coastal ecosystem submitted to a large river input (Seine river), which brings important quantities of nutrients. This nutrient enrichment leads to frequent eutrophication events and, from the beginning of the eighties, regular toxic phytoplanktonic (Dynophysis) blooms are observed. In order to study the nutrient cycles (nitrogen, phosphorus, silica) and their contribution to phytoplanktonic stock regulation, a three dimensional model has been developed, based on the coupling between an hydrodynamic part taking into account sediment dynamics (SAM-3D) and an ecological part, which accounts for the main biological compartments and processes. This model is able to reproduce the main physical and biological characteristics of the ecosystem. The study of the phytoplanktonic growth limiting factors has shown the influence of light limitation in the Seine plume due to high concentrations of suspended matter but also quantified the limitation by each of the three nutrients. In spite of nitrogen loading increase during the last twenty years, no phytoplanktonic stock increase has been observed. This may be explained by the phosphorus loading reduction during the same period : the model shows the reversing influence of nitrogen and phosphorus limitations. Furthermore, according to the model results, it seems that flagellate occurrence in the bay (which some species should be toxic) is highly correlated with low Si/N and Si/P ratio in the Seine river inputs. Finally, thanks to the model, nitrogen and phosphorus loading reductions have been tested to estimate their impact on phytoplanktonic production.

La baie de Seine est une zone très enrichie en sels nutritifs apportés par la Seine. Cet enrichissement du milieu entraîne l'apparition de fortes biomasses phytoplanctoniques, caractéristiques des zones eutrophisées. En outre, depuis le début des années 80, la détection régulière de phytoplancton toxique (Dinophysis) oblige à une surveillance du milieu en période estivale. Afin d'étudier le cycle des éléments nutritifs (azote, phosphore, silicium) et de comprendre comment ils contribuent au contrôle de la production phytoplanctonique en baie de Seine, un modèle tridimensionnel de l'écosystème a été développé. Le modèle est formé d'une partie hydrosédimentaire (modèle SAM-3D) et d'une partie écologique considérant les principaux compartiments formant l'écosystème (sels nutritifs, phytoplancton, zooplancton,...). Le modèle écologique de la baie de Seine s'est avéré capable de reproduire convenablement les principales caractéristiques physiques et biologiques de l'écosystème. L'étude des facteurs limitant la croissance phytoplanctonique montre, d'une part, le rôle important de la lumière dans la zone du panache à proximité de l'estuaire où les turbidités sont fortes et, d'autre part, le rôle respectif des 3 sels nutritifs. Malgré l'augmentation des apports d'azote au cours des 20 dernières années, il n'y a pas eu d'augmentation notable des biomasses phytoplanctoniques. La diminution des apports de phosphate durant la même période explique ce phénomène et le modèle met en évidence une inversion de l'effet limitant de l'azote et du phosphate dans le panache au cours de cette période. De plus, il semble, d'après le modèle, que la présence importante de flagellés en baie de Seine soit fortement corrélée aux faibles rapports Si/N et Si/P dans les apports de la Seine. Enfin, l'étude, grâce au modèle, de scénarios de réduction d'apports d'azote et de phosphate par la Seine, a permis d'estimer l'impact respectif des 2 types de réductions sur la production phytoplanctonique.