Les hydrosystèmes karstiques sont des environnements très sensibles aux activités anthropiques (AA) et aux variations hydroclimatiques, telles que celles entraînées par le Changement Climatique (CC). Au sein de la Zone Critique (ZC), ces milieux sont les plus réactifs et également les plus vulnérables à ces forçages qui peuvent modifier le transfert interne rapide des nutriments mais aussi de contaminants dans l'eau. Ces caractéristiques les rendent les meilleurs candidats de la ZC pour étudier l’impact du CC et des AA sur les ressources en eau et sur les cycles biogéochimiques de C et S, fortement perturbés par les changements d’occupation des terres, ainsi que par les retombées atmosphériques liées aux AA (dépôts acides). L'abandon progressif des terres cultivées, notamment dans les zones d'accès difficile et au relief escarpé, ont permis le profit des friches, puis des forêts, augmentant ainsi la séquestration du carbone dans les sols. Cette hausse favorise la dissolution des carbonates des formations karstiques et la libération d'éléments dissous et particulaires dans les eaux. Le récent déclin des dépôts acides, qui ont atteint un pic dans les années 1990 en Europe, contribue également aux changements observés dans la qualité de l'eau du karst. L’objectif de cette thèse est donc de déterminer les relations de causes à effets entre qui drainent ces systèmes karstiques avec le CC et les AA. Ces questionnements ont été abordés à différentes échelles spatiales et temporelles. Nous nous sommes donc intéressés au bassin karstique du Baget (BC, Pyrénées aragonaises) et à une vingtaine de bassins karstiques à l'échelle régionale (Pyrénées et Massif Central), qui disposent d'une base de données robuste pour étudier les tendances à long ou moyen terme en relation avec les changements d’occupation des terres et les évolutions hydroclimatiques. Le suivi hydroclimatique (précipitation, température, débit ; depuis 1968), hydrochimique (éléments majeurs ; depuis 1994) et isotopique (13C, 34S ; depuis 2016) du BC nous a permis d’identifier et/ou quantifier la contribution des sources, le contrôle environnemental, les mécanismes de transferts, le bilan de matière et en général de mieux comprendre les cycles biogéochimiques de ces éléments dans ce bassin forestière, multilithologique et quasi pristine. L’évolution des éléments majeurs dans le BC, représente globalement les tendances observées dans les Pyrénées (5 bassins étudiés) et Le Massif Central (15 bassins). Les tendances dans la composition chimique des eaux de drainage du BC, c.à.d. la hausse des teneurs en Ca+Mg (+5 µeq.L-1.an-1) et de l’alcalinité (+9 µeq.L-1.an-1) sur les dernières 40 ans, sont statistiquement liée à l’augmentation de la température (+0,03 °C.an-1), à la diminution du débit (-4 L.s-1.an-1) et à la fermeture du milieu (reprise de la forêt de +0,05 Km2.an-1). De plus, la baisse des sulfates (-2,2 µeq.L-1.an-1) sont le reflet de la diminution du dépôt atmosphérique acide, observée dans les zones rurales françaises. Cette baisse, qui se poursuit encore, suggère que le déstockage des apports atmosphériques acides dans les cours d’eau se produit encore aujourd'hui. |
Karst hydrosystems are very sensitive environments to anthropogenic activities (AA) and hydroclimatic variations, such as those caused by Climate Change (CC). Within the Critical Zone (CZ), these environments are the most reactive and also the most vulnerable to these forcings, which can modify the rapid internal transfer of nutrients and also contaminants in water. These characteristics make them the best candidates in the CZ to study the impact of CC and AA on water resources and on the biogeochemical cycles of C and S, which are strongly disturbed by land use changes, as well as by atmospheric deposition related to AA (acid deposition). The gradual abandonment of cultivated land, particularly in areas with difficult access and steep land, has led to the expansion of fallow land and then forests, thus increasing carbon sequestration in the soil. This increase favours the dissolution of carbonates from karst formations and the release of dissolved and particulate elements into water. The recent decline in acid deposition, which peaked in the 1990s in Europe, also contributes to the observed changes in karst water quality. The objective of this thesis is therefore to determine the causal relationships between CC and AA with the evolution of the chemical and isotopic composition of the waters draining these karst systems. These questions were addressed at different spatial and temporal scales. We therefore focused on the Baget karst basin (BC, Aragonese Pyrenees) and about twenty karst basins on a regional scale (Pyrenees and Massif Central), which have a robust database for studying long- or medium-term trends in relation to changes in land use and hydroclimatic developments. The hydroclimatic (precipitation, temperature, flow; since 1968), hydrochemical (major elements; since 1994) and isotopic (13C, 34S; since 2016) monitoring of the BC has allowed us to identify and/or quantify the contribution of sources, environmental control, transfer mechanisms, material balance and in general to better understand the biogeochemical cycles of these elements in this forested, multilithological and quasi pristine basin. The evolution of major elements in the BC globally represents the trends observed in the Pyrenees (5 basins studied) and the Massif Central (15 basins). The trends in the chemical composition of the BC drainage water, i.e. the increase in Ca+Mg content (+5 µeq.L-1.yr-1) and alkalinity (+9 µeq.L-1.yr-1) over the last 40 years, are statistically linked to the increase in temperature (+0.03 °C.yr-1), the decrease in flow rate (-4 L.s-1.yr-1) and the closure of the environment (recovery of the forest by +0.05 Km2.yr-1). Moreover, the decrease in sulphates (-2.2 µeq.L-1.yr-1) reflects the decrease in acidic atmospheric deposition observed in French rural areas. This decrease, which is continuing, suggests that destocking of acidic atmospheric inputs to streams is still occurring today. |