Thomas BAUDUIN - Faculté des Sciences

Les étangs urbains sont de plus en plus répandus à mesure que les villes s'étendent dans le monde entier, mais leur contribution aux émissions de gaz à effet de serre (GES) reste peu étudiée. Cependant, ils peuvent constituer des sources importantes de GES vers l'atmosphère. Cette thèse vise à comprendre les processus contrôlant la production et l'émission de dioxyde de carbone (CO₂), de méthane (CH₄) et de protoxyde d'azote (N₂O) dans les étangs urbains de Bruxelles (Belgique).

Une première étude sur 22 étangs (0,1 à 4,6 ha) à travers Bruxelles a permis de caractériser les variations spatiales et saisonnières des concentrations de GES et d'identifier leurs principaux moteurs. L'activité biologique était le contrôle saisonnier dominant, tandis que le contexte urbain et les apports externes façonnaient la variabilité spatiale. Les étangs plus petits émettaient plus de CO₂ en raison d'apports allochtones plus importants, les étangs dominés par les macrophytes émettaient plus de CH₄ et les émissions de N₂O atteignaient un pic dans le centre-ville à cause de dépôts atmosphériques d'azote plus élevés. Pour passer d'une perspective à l'échelle de la ville à une compréhension plus détaillée, quatre étangs représentatifs (deux avec eau claire, deux avec eau turbide) ont été échantillonnés 46 fois sur une période de 2,5 ans. Les étangs clairs émettaient plus de CH₄ par ébullition, probablement favorisé par la matière organique dérivée de macrophytes. Les flux de CH₄ et de CO₂ réagissaient aux conditions météorologiques : le CH₄ augmentait avec la température et le CO₂ avec les précipitations. La méthanogenèse hydrogénotrophique prédominait dans les étangs clairs et la méthanogenèse acétoclastique prédominait dans les étangs turbides, avec un changement vers la méthanogenèse hydrogénotrophique à l'automne. L'oxydation du méthane était plus élevée dans les étangs turbides, liée à la matière en suspension qui augmentait l'activité bactérienne et réduisait l'inhibition par la lumière des méthanotrophes, et agissait comme un puits majeur de CH₄.  Enfin, en se concentrant sur une échelle temporelle plus fine, des mesures toutes les heures de l'aube au crépuscule dans deux étangs ont révélé que les variations infrajournalières étaient principalement dues aux fluctuations de la vitesse du vent, mais que l'activité photosynthétique modulait également la dynamique diurne du CO₂ pendant les saisons plus chaudes. Cependant, ces variations journalières étaient faibles par rapport aux différences saisonnières et entre les étangs, ce qui souligne que l'hétérogénéité spatiale entre les étangs constitue la principale source d'incertitude dans les estimations des émissions de GES.

Dans l'ensemble, ce travail démontre que la dynamique des GES dans les étangs urbains résulte d'une interaction complexe entre l'activité biologique, les caractéristiques hydromorphologiques, le contexte urbain et le forçage climatique. Cela montre la nécessité de tenir compte de l'état écologique des étangs, en particulier de la présence de macrophytes, pour quantifier les émissions de GES, et de prioriser les échantillonnages spatiaux et saisonniers pour estimer les bilans de GES des étangs urbains.