Le cycle du carbone est fondamentalement lié au vivant et il est au coeur de la notion d’Anthropocène. Cette ère incarne l’altération des grands cycles naturels par l’humanité jusqu’à avoir franchi des seuils d’irréversibilité par rapport à l’ère de relative stabilité géologique qu’est l’Holocène. Même si des frémissements se font sentir dès l’Antiquité, cet emballement n’a démarré qu’au début de la révolution industrielle. Deux cents ans auront ainsi suffi pour dévier de la stabilité d’une ère qui en comptabilise onze mille sept cents.
Le carbone est, quant à lui, un élément constitutif du métabolisme des organismes, du métabolisme des rivières au sens d’équilibre entre production et consommation de matière organique, mais également du métabolisme territorial, qui désigne l’ensemble des flux d’énergie et de matières mis en jeu par le fonctionnement d’un territoire donné. Ces trois types de métabolismes ont notamment en commun de consommer de l’énergie pour produire, entre autres, de la matière organique, et de générer des émissions de gaz avec des effets radicalement opposés : oxygène versus gaz à effet de serre (GES) comme le dioxyde de carbone (CO2) ou le méthane (CH4).
S'il existe depuis 2006 un bilan annuel du carbone émis à léchelle globale, cette évaluation n'intègre toujours pas le métabolisme des eaux de surface et des estuaires. Pour autant, il apparaît en outre que les systèmes fluvio-estuariens sont en fait beaucoup plus auto-alimentés en carbone atmosphérique par les processus de photosynthèse et d’échange air-eau que ne le prévoit le concept de « tuyau actif », qui ne s’appuie que sur les processus internes aux cours d’eau. Les grands axes des systèmes fluviaux sous un climat tempéré semblent sursaturés en CO2, avec un impact important des effluents des stations d’épuration sur les cours d’eau.
Les changements globaux n’entraînent pas seulement des modifications de la quantité absolue de carbone sous forme de gaz à effet de serre, mais affectent également le carbone inorganique et organique, dissous et particulaire. En ce qui concerne le carbone organique, la composition chimique est également modifiée par les processus biogéochimiques qui la régissent et en particulier l’activité des microorganismes. En retour, ces changements dans la composition du carbone organique influencent également l’activité hétérotrophe, la libération de CO2, la biogéochimie des nutriments et des polluants, et la formation de sous-produits de désinfection (Zhuang et Yang, 2018).
Au delà des aspects climatiques et malgré un rôle clé dans les processus environnementaux, la composition et la réactivité de la matière organique (MO) sont encore mal comprises. Il est notamment essentiel d’améliorer les connaissances sur les propriétés physico-chimiques des différentes formes de la MO. En effet, non seulement la quantité de carbone organique dissous , mais aussi et surtout sa qualité, reflètent l’interaction dynamique entre les sources de MO et les processus biogéochimiques et sont susceptibles d’avoir des répercussions écologiques. Comprendre ces dynamiques du carbone est indispensable pour la modélisation de la qualité de l’eau le long du continuum aquatique des cours d’eau incluant d’autres compartiments, tels que les lacs et réservoirs, les zones humides et les interfaces nappe-rivière.
Le présent fascicule fait ainsi état des travaux menés par le PIREN-Seine sur ce lien étroit entre métabolisme des rivières et matière organique, structuré autour des deux axes de la démarche scientifique du programme : observations (Chapitres 1 et 2) et modélisations (Chapitres 3 et 4).
