La chimie de l’eau grâce à un RIVER-Lab : Que pouvons-nous apprendre de la haute fréquence des mesures ?

La chimie de l’eau grâce à un RIVER-Lab : Que pouvons-nous apprendre de la haute fréquence des mesures ?
Paul Floury1,2*, Jérôme Gaillardet1, Julien Bouchez1, Eric Gayer1, Gaëlle Tallec2, Patrick  Ansart2, Frédéric Koch3, Caroline Gorge1, Arnaud Blanchouin2 and Jean-Louis Roubaty 1

1. IPGP Institut de Physique du Globe de Paris
2. IRSTEA Institut de Recherche en Sciences et Technologies pour l’Environnement et l’Agriculture
3. Endress+Hauser SAS, Huningue, France

Exploring the variations of river quality at very high frequency is still a big challenge that has fundamental implications both for understanding catchment ecosystems and for water quality monitoring. Within the French Critical Zone program CRITEX, we have developed a prototype called River Lab (RL), applying the “lab in field” concept to one of the stream of the Orgeval Critical Zone Observatory part of OZCAR. Confined in a bungalow next to the river, the RL performs an analysis at a 40-minutes frequency of all major dissolved species using ion chromatographs, through continuous sampling and filtration of the river water.
We will present two remarkable examples recorded by the RL. First the year 2016 was exceptional by the number of flood events. Five major floods have been recorded by the RL including 1 at 1/(20y) frequency of occurrence. Concentration–discharge relationships (C-Q) of river water is a powerful tool to track the coupling between water flow and chemical reactions in the Critical Zone. The RL allows us to revisit the C-Q at the highest time resolution ever reported.
Second example is in summer 2015 characterized by one of the strongest heat wave over occidental Europe. Data recorded by the River Lab over this summer show significant and regular diurnal variations specie-specific. A cascade of reactions involving physical, chemical and biological processes is at the origin of this nycthemeral (day-night) concert to explain the diversity of these oscillations repeated every day.

L'exploration des variations de la qualité des cours d'eau à très haute fréquence est un grand défi qui a des implications fondamentales à la fois pour la compréhension des écosystèmes de captage et pour la surveillance de la qualité de l'eau. Dans le cadre du programme CRITEX de la Zone Critique Française, nous avons développé un prototype appelé River Lab (RL), appliquant le concept de «lab in field» à l'un des cours de l'Observatoire de Zone Critique Orgeval d'OZCAR. Confiné dans un bungalow près de la rivière, le RL effectue une analyse à une fréquence de 40 minutes de toutes les principales espèces dissoutes en utilisant des chromatographes ioniques, par échantillonnage continu et filtration de l'eau de la rivière.
Nous présenterons deux exemples remarquables enregistrés par le RL. Tout d'abord, l'année 2016 a été exceptionnelle par le nombre d'inondations. Cinq inondations majeures ont été enregistrées par le RL, y compris une fréquence d'occurrence de 1 à 1 / (20y). Les relations concentration-débit (C-Q) de l'eau de rivière sont un outil puissant pour suivre le couplage entre le débit d'eau et les réactions chimiques dans la zone critique. Le RL nous permet de revoir le C-Q à la résolution la plus élevée jamais signalée.
Le deuxième exemple est l'été 2015 caractérisé par l'une des plus fortes vagues de chaleur sur l'Europe occidentale. Les données enregistrées par le River Lab cet été montrent des variations diurnes importantes et régulières spécifiques aux espèces. Une cascade de réactions impliquant des processus physiques, chimiques et biologiques est à l'origine de ce concert nycthéméral (jour-nuit) pour expliquer la diversité de ces oscillations qui se répètent chaque jour.

contact: floury@ipgp.fr