Cette thèse examine le devenir et le transport des bactéries indicatrices fécales dans les sédiments et les eaux de surface d'une zone humide tropicale de tête de bassin située dans une région montagneuse du nord du Laos. Plus précisément, cette étude a porté sur 1) la dynamique d’E. coli dans les sédiments de la zone humide étudiée, pendant la transition entre la fin de la saison des pluies et le début de la saison sèche, et 2) la réponse de cette même zone humide à différents régimes hydrologiques pendant la saison des pluies (débit de base par rapport au débit de crue). En abordant ces questions, cette recherche visait à élucider un rôle régulateur présumé des zones humides d’amont dans la contamination microbienne au sein des bassins versants montagneux tropicaux.
Sur le plan méthodologique, la première partie de la thèse a montré que des tubes de dialyse pouvaient être utilisés avec succès pour la surveillance in situ de la dynamique des populations d’E. coli dans les sédiments du bassin versant d’amont sélectionné, dans des conditions de débit de base. Par rapport à des études antérieures menées dans la même zone humide, ce travail a confirmé que la dégradation d’E. coli dans les 15 premiers centimètres des sédiments (valeurs D50 et D90 supérieures respectivement à 10 et 34 jours) était plus lente que celle observée dans la colonne d’eau, et a montré que la géochimie de l’eau et la température étaient probablement des facteurs déterminants de la dégradation dans les sédiments, soit directement en raison du stress thermique et/ou de la privation de nutriments, soit indirectement en raison d’une pression prédatoire accrue. Ces travaux soulignent en outre que la dégradation dans les sédiments est régulée par des gradients saisonniers variables agissant soit directement par le biais du stress thermique et de la privation de nutriments, soit indirectement par une pression de prédation accrue.
Les résultats obtenus pendant la saison des pluies, qui reflètent les apports et les variations internes au sein de la zone humide, nous ont permis de mieux comprendre les effets des régimes d’écoulement sur le dépôt, la remobilisation et le transport des bactéries. Pendant la saison des pluies, les concentrations d’E. coli sont restées stables à des niveaux relativement élevés pendant le débit de base (1×102 à 1×103 MPN 100 mL-1) et ont augmenté de plusieurs ordres de grandeur lors des épisodes de crue. Nos résultats indiquent que les concentrations d’E. coli s’écoulant à travers la zone humide pendant la saison des pluies, bien que plus faibles à la sortie qu’à l’entrée, n’étaient pas suffisantes pour entraîner un piégeage efficace. Nos résultats suggèrent donc que des populations endémiques d’E. coli pourraient exister au sein des zones humides tropicales des cours supérieurs. Par conséquent, lors des crues, les charges d’E. coli que nous avons mesurées pourraient résulter à la fois d’une contamination réelle provenant de sources de pollution en amont, et d’une remise en suspension de populations d’E. coli résultant éventuellement d’événements de crue survenus au cours des mois ou des années précédents et acclimatées aux conditions locales de la zone humide.
De plus, alors que 80 % des E. coli provenaient des apports en amont au début de la saison des pluies, au plus fort de la saison des pluies, la plus grande partie des E. coli exportés depuis la zone humide était constituée de bactéries probablement présentes depuis longtemps et acclimatées aux sédiments, les autres sources de contamination, à savoir les eaux souterraines, les apports en amont et le ruissellement latéral, ne jouant qu’un rôle très secondaire. Même si la pathogénicité de ces populations locales reste à clarifier, une forte contamination a donc pu être observée tout au long de la saison des pluies |
This thesis examines the fate and transport of faecal indicator bacteria in sediments and surface waters in a tropical headwater wetland located in a mountainous region of northern Laos. More specifically, this study examined 1) the dynamics of E. coli in the sediments of the wetland under investigation, during the transition from the end of the rainy season to the start of the dry season and 2) the response of this same wetland to different hydrological regimes during the rainy season (base flow versus flood flow). By addressing these questions, this research aimed to elucidate a putative regulatory role of headwater wetlands in microbial contamination within tropical mountainous catchments, providing insights essential for sustainable water management and public health protection.
Methodologically, the first part of the thesis showed that dialysis tubes could successfully be used for the in-situ monitoring of the dynamics of E. coli populations in the sediment of the selected headwater catchment under base-flow conditions. Compared to previous investigations in the same wetland, this work confirmed that the decay of E. coli in within the first 15 cm of the sediment (D50 and D90 values of over 10 and 34 days, repectively), was slower than that in the water column and showed that water geochemistry and temperature were likely drivers of in-sediment decay, either directly as a result of thermal stress and/or starvation, or indirectly as a result of increased predatory pressure. This work further highlights that in-sediment decay is regulated by shifting seasonal gradients acting either directly via thermal stress and nutrient starvation, or indirectly through elevated predation pressure.
The results obtained during the rainy season, which reflect inflows, outflows and internal variations within the headwater wetland, have also enabled us to gain a better understanding of the effects of flow regimes within this wetland on the deposition, remobilisation and transport of bacteria. During the rainy season, E. coliconcentrations remained stable at relatively high levels during baseflow (1x102 to 1x103 MPN 100 mL-1) and spiked by several orders of magnitude during storm flow events. Our results indicate that concentrations in E. coli flowing through the wetland during the rainy season, while lower at the outlet than at the inlet, were not sufficient to lead to effective trapping of feacal bacterie overall. Our results therefore suggest that endemic populations of E. coli could exist within tropical headwater wetlands. Therefore, during storm flow, the E. coliloads that we measured may have resulted from both actual contamination from upstream point sources of pollution, washed away by runoff overland flow, and by resuspension of E. coli populations possibly resulting from flood events of preceding months or years and acclimated to the local conditions of the wetland.
Further, while 80% of E. coli originated from upstream inflow at the beginning of the rainy season, while the wetland sediment was not fully saturated and the water table had not raised to or above the streambed level, at the peak of the rainy season, the largest share of E. coli exported from the wetland was composed of likely long-term residents acclimated to the sediment, with other sources of contamination, namely groundwater, upstream inflow and lateral overland flow playing only a very secondary role. Even though the pathogenicity of these local populations remains to be clarified, high contamination could therefore be observed throughout the rainy season. |