Microplastic transport and trapping in a highly turbid, tide-dominated estuary

Les microplastiques sont un polluant émergent dans les milieux aquatiques, et les estuaires constituent des zones clés pour leur rétention et de leur transformation. Toutefois, le nombre limité d’observations in situ, la complexité de l’hydrodynamique estuarienne et la diversité des propriétés des particules entravent la compréhension de leur transport et de leur devenir, ce qui limite l’évaluation précise des risques et des impacts environnementaux. L’objectif de ce travail est d’améliorer la compréhension des processus physiques contrôlant le transport et le piégeage des microplastiques dans les estuaires macrotidaux turbides, en prenant l’estuaire de la Gironde (Sud-Ouest de la France) comme cas d’étude. La méthodologie repose principalement sur un modèle hydrosédimentaire couplé à un modèle lagrangien de suivi particules, complété par des observations in situ. Une revue approfondie des approches de modélisation basées sur les processus appliquées à l’étude de la dynamique des microplastiques a d’abord permis d’évaluer les stratégies de paramétrisation existantes, d’identifier les principaux défis et de proposer des recommandations pour faire progresser la modélisation des microplastiques en estuaire. En s’appuyant sur cette analyse, l’influence relative des processus physiques sur le transport des microplastiques a été examinée au moyen de scénarios de sensibilité utilisant différentes configurations de largage. Les résultats montrent que, pour les particules flottantes, l’interaction avec les berges via les dynamiques échouage–remise en suspension est déterminante, tandis que la remise en suspension et le mélange vertical modulent le transport des particules non flottantes. Les interactions avec les sédiments, telles que la floculation et piégeage temporaire dans les sédiments du fond, renforcent la rétention des microplastiques dans l’estuaire. Les résultats de modélisation indiquent par ailleurs que les processus hydrodynamiques seuls peuvent conduire à un piégeage marqué, modulé par la variabilité saisonnière. Les forts débits fluviaux printaniers favorisent l’export vers l’aval, alors qu’en été, les particules sont davantage retenues. Les particules denses s’accumulent près du bouchon vaseux dans les rivières tidales. Cette accumulation forme un bouchon plastique ou maximum estuarien de microplastiques (EMPM) dans la colonne d’eau, maintenu par un transport net vers l’amont induit par le pompage tidal. Les observations in situ confirment ces résultats, révélant des fortes concentrations de particules près du fond en été dans la Garonne tidale, notamment lors de forts courants de flot et de jusant, avec une dominance des fibres denses. Les simulations montrent également que les particules flottantes sont systématiquement piégées le long d’une ligne frontale proche du chenal principal, générant un EMPM de surface. Dans la partie amont, cette ligne suit la zone primaire de convergence produite par l’effet combiné des courants de marée et de la bathymétrie, tandis que dans l’estuaire central elle se déplace vers une zone secondaire de convergence, probablement due aux caractéristiques morphologiques et l’alternance des régimes de convergence et de divergence au cours du cycle de marée.. Les tests de sensibilité montrent enfin que les effets baroclines jouent un rôle significatif dans la formation de ces convergences frontales. Globalement, les estuaires tidaux très turbides constituent des zones de rétention particulièrement efficaces pour les microplastiques, du fait de l’action conjointe de l’hydrodynamique, des interactions sédiments– microplastiques et de la morphologie estuarienne.