STRATIFICATION SAISONNIÈRE ET RENOUVELLEMENT BIOGÉOCHIMIQUE DANS LE TRONÇON D'EAU DOUCE D'UN ESTUAIRE DRAGUÉ PARTIELLEMENT MIXTE

International audienceThe Elb estuary is a substantially engineered tidal water body that receives high loads of organic matter from the eutrophied Elbe river. The organic matter entering the estuary at the tidal weir is dominated by diatom populations that collapse in the deepened freshwater reach. Although the estuary’s freshwater reach is considered to manifest vertically homogenous density distribution (i.e. to be well-mixed), several indicators like trapping of particulate organic matter, near-bottom oxygen depletion and ammonium accumulation suggest that the vertical exchange of organic particles and dissolved oxygen is weakened at least temporarily. To better understand the causal links between the hydrodynamics and the oxygen and nutrient cycling in the deepened freshwater reach of the Elbe estuary, we establish a three-dimensional coupled hydrodynamical-biogeochemical model. The model demonstrates good skill in simulating the variability of the physical and biogeochemical parameters in the focal area. Coupled simulations reveal that this region is a hotspot of the degradation of diatoms and organic matter transported from the shallow productive upper estuary and the tidal weir. In summer, the water column weakly stratifies when at the bathymetric jump warmer water from the shallow upper estuary spreads over the colder water of the deepened mid reaches. Enhanced thermal stratification also occurs also in the narrow port basins and channels. Model results show intensifi cation of the particletrapping due to the thermal gradients. The stratification also reduces the oxygenation of the near-bottom region and sedimentary layer inducing oxygen depletion and accumulation of ammonium. The study highlights that the vertical resolution is important for the understanding and simulation of estuarine ecological processes, because even weak stratification impacts the cycling of nutrients via modulation of the vertical mixing of oxygen, particularly in deepened navigation channels and portL'estuaire de l'Elbe est un plan d'eau à marée fortement aménagé qui reçoit de fortes charges de matières organiques provenant de l'Elbe eutrophisée. La matière organique qui entre dans l'estuaire au niveau du déversoir de marée est dominée par des populations de diatomées qui s'effondrent dans la partie d'eau douce plus profonde. Bien que l'on considère que le tronçon d'eau douce de l'estuaire présente une distribution de densité verticalement homogène (c'est-à-dire qu'il est bien mélangé), plusieurs indicateurs tels que le piégeage de la matière organique particulaire, l'épuisement de l'oxygène près du fond et l'accumulation d'ammonium suggèrent que l'échange vertical de particules organiques et d'oxygène dissous est affaibli, au moins temporairement. Pour mieux comprendre les liens de causalité entre l'hydrodynamique et le cycle de l'oxygène et des nutriments dans la partie d'eau douce profonde de l'estuaire de l'Elbe, nous établissons un modèle couplé hydrodynamique-biogéochimique tridimensionnel. Le modèle démontre une bonne capacité à simuler la variabilité des paramètres physiques et biogéochimiques dans la zone focale. Les simulations couplées révèlent que cette région est un point chaud de la dégradation des diatomées et de la matière organique transportée depuis l'estuaire supérieur productif peu profond et le déversoir de marée. En été, la colonne d'eau se stratifie faiblement lorsqu'au niveau du saut bathymétrique, les eaux plus chaudes de l'estuaire supérieur peu profond se répandent sur les eaux plus froides de l'estuaire moyen plus profond. Une stratification thermique renforcée se produit également dans les bassins et les canaux étroits du port. Les résultats du modèle montrent une intensification du piégeage des particules en raison des gradients thermiques.particules en raison des gradients thermiques. La stratification réduit également l'oxygénation de la région proche du fond et de la couche sédimentaire, entraînant un appauvrissement en oxygène et une accumulation d'ammonium. L'étude souligne que la résolution verticale est importante pour la compréhension et la simulation des processus écologiques estuariens, car même une faible stratification a un impact sur le cycle des nutriments via la modulation du mélange vertical de l'oxygène, en particulier dans les canaux de navigation profonds et les ports