Gilles Bareille
email: gilles.bareille@univ-pau.fr

Pascale Louvat
email: pascale.louvat@univ-pau.fr

Romain Max
email: maxromain@orange.fr

amont de la Rhue via la chimie de leurs Otolithes (ECTRO) Phase 1 : évaluation de la composition chimiques des eaux de la Rhue et de ses affluents

come

Etude de la Connectivité des populations de Truite fario dans le bassin

Liste des figures

Figure 6b : Sr/Ca en fonction du 87 Sr/ 86 Sr pour les eaux de la Rhue et de ses affluents. Figure 7 : présentation des 3 secteurs définis et affluents localisés dans ceux-ci. Figure 8a : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 1 (aval Vaussaire). Figure 8b : Sr/Ca en fonction du 87 Sr/ 86 Sr pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 1 (aval Vaussaire). Figure 9a : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 2 : Vaussaire -Essarts. Figure 9b : Sr/Ca en fonction du 87 Sr/ 86 Sr pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 2 : Vaussaire -Essarts. Figure 10a : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 3 : amont Essarts. Figure 10b : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 3 : amont Essarts.

Liste des tableaux

Tableau 1: rapports Sr/Ca, Ba/Ca et Sr/Ca déterminés suite aux analyses chimiques réalisées sur les eaux du bassin de la Rhue. Mesures de conductivité effectuées sur le terrain .................................... 16

Liste des annexes

Annexe 1: liste et localisation des échantillons d'eaux prélevés du 20/06 au 24/06/2022. Données des paramètres physico-chimiques (T°C, pH, conductivité).

Annexe 2: Concentrations en Ba (µg/L), Ca (mg/L), Sr (µg/L), K (mg/L), Mg (mg/L), Mn (µg/L) et Na (mg/L) dans les échantillons d'eaux prélevés dans la Rhue et ses affluents en juin 2022.

Annexe 3: distribution des éléments Potassium (K), Magnésium (Mg) et Sodium (Na) dans la Rhue (bleu foncé) et ses affluents (couleurs) Annexe 4 : distribution spatiale amont-aval sous forme de carte schématique des marqueurs d'habitat Sr/Ca, Ba/Ca et 87 Sr/ 86 Sr.

Contexte général

Dans le contexte du changement global et de ses effets sur les occupants des milieux aquatiques, il apparait essentiel d'obtenir des informations sur les patrons de migrations des espèces piscicoles, celles-ci subissant bien souvent de nombreuses pressions anthropiques et hydro-climatiques défavorables. Les déplacements constituent en effet un facteur essentiel pour le poisson que ce soit pour trouver un environnement favorable à chaque stade de son développement ou pour permettre la résilience d'un milieu soumis à des évènements extrêmes (crues dévastatrices, épisodes de sécheresse). Parmi celles-ci, la truite commune Salmo trutta est particulière concernée car elle occupe des bassins largement anthropisés par les activités humaines (production hydroélectrique, pompage d'eau pour l'irrigation, rejets de polluants, dégradation des habitats, etc). Cependant, il existe à ce jour peu d'information sur les patrons de migration de cette espèce, en particuliers dans les zones continentales amont. Les informations obtenues l'ont été via des observations indirectes (captures) ou via des suivis via marquage passif ou actif. Cependant, ces méthodes montrent de nombreuses limites (précision de l'information spatiale, nombre de poissons suivis…). La truite commune occupe des bassins versants structurés de manière dendritique, très hétérogènes à des échelles fines en termes de pente, de température, de débit, et d'obstacles. De ce fait, les populations de truite commune peuvent présenter des patrons de connectivité relativement différents même à des échelles micro-géographiques, par exemple entre le cours d'eau principal et des affluents majeurs ou des ruisseaux de petites tailles.

La connectivité entre les différentes composantes du bassin versant est un facteur clé dans le façonnage et le renouvellement des populations. En effet, la truite commune utilise des habitats différents selon son stade de vie : généralement, la fraie a lieu dans les têtes de bassin et les affluents, qui constituent aussi les nurseries pour les juvéniles après l'éclosion, alors que les cours d'eau principaux sont en général utilisés par les poissons plus âgés pour leur croissance (Jonsson, 1985). La connectivité entre les têtes de bassins, qui servent donc d'habitat pour la reproduction et de populations sources potentielles, et le cours d'eau principal est donc un facteur d'une importance capitale.

Outre sa valeur patrimoniale, la truite présente un enjeu socio-économique majeur en raison de sa place de choix au niveau de la pêche récréative. Cet enjeu devient de plus en plus important en raison d'une évolution à la baisse des stocks de truites au cours des dernières décennies.

Aussi, il semble aujourd'hui primordial d'évaluer les niveaux de connectivité entre le cours d'eau principal et ses affluents de divers ordres si l'on veut pouvoir mettre en place une gestion appropriée permettant de préserver voire d'améliorer le renouvellement de cette ressource dans le contexte des perturbations anthropiques et climatique actuel.

Le bassin versant de la Rhue qui s'écoule dans le Cantal est colonisée par la truite fario. Ses affluents abritent des populations présentant des dynamiques variables mais globalement préservées, ce qui n'est pas le cas de l'axe principal de la Grande Rhue. Ce dernier est relativement fragmenté en raison d'activités hydroélectriques et de verrous morphologiques (cascades). On y trouve des truites de taille importante mais peu de truitelles pouvant suggérer que les conditions de reproduction n'y seraient pas optimales. Une question fondamentale en découlant est l'origine des truites présentes dans l'axe de la Rhue : s'agit-il de reproduction in situ ou l'alimentation par certains de ses affluents colonisés par des populations abondantes ?

2. Comment évaluer la connectivité des populations de truites dans le bassin de la Rhue : principes de la géochimie des otolithes Il existe cependant peu de moyens rapides et peu onéreux permettant d'évaluer aisément cette connectivité. La méthode du marquage est difficile à mettre en oeuvre sur des populations naturelles et nécessiterait un travail de terrain considérable.

Une nouvelle approche a émergé il y a une quinzaine d'année mais ne se développe que depuis seulement quelques années en milieu continental, il s'agit de la microchimie des otolithes. Les otolithes, ou pierre d'oreille du poisson, présente deux caractéristiques utiles pouvant permettre d'évaluer l'histoire de vie de la truite, et en particulier ses déplacements entre affluents et cours principal d'une rivière. En effet, cette pièce calcifiée, se forme par le dépôt journalier de couches de carbonate de calcium/protéines tout au long de la vie du poisson, ce qui permet d'accéder à la chronologie de vie. D'autre part, des éléments chimiques sont incorporés chaque jour de la vie du poisson dans ces couches en proportion avec la composition chimique du milieu de vie [START_REF] Elsdon | Fish otolith chemistry influenced by exposure to multiple environmental variables[END_REF]Martin et al., 2013a).

Le poisson enregistre donc dans sa paire d'otolithes (droit et gauche) des éléments chimiques, dont certains peuvent être accumulés en étroite relation avec la composition chimique de leur rivière de vie. Cette caractéristique permet alors de reconstituer les habitats occupés par le poisson au cours de sa vie, si ces environnements présentent des compositions chimiques contrastées. Parmi les éléments utiles pour déterminer les milieux de vie occupés par le poisson, on peut citer les éléments strontium (Sr) et baryum (Ba) et le rapport des deux isotopes du strontium ( 87 Sr et 86 Sr) [START_REF] Elsdon | Fish otolith chemistry influenced by exposure to multiple environmental variables[END_REF][START_REF] Martin | Spatial and temporal variations in otolith chemistry and relationships with water chemistry: a useful tool to distinguish Atlantic salmon parr from different natal streams[END_REF].

La composition chimique des rivières dépend de la diversité géologique et de l'âge des roches des bassins-versants traversés. Ces compositions peuvent aisément présenter des variations marquées d'un bassin-versant à un autre, ainsi que d'un affluent à un autre.

Au sein de l'IPREM nous avons développé depuis 2006 l'analyse microchimique élémentaire (Sr/Ca, Ba/Ca, Sr/Ba) et isotopique ( 87 Sr/ 86 Sr) dans des otolithes de diverses espèces de poissons pour évaluer des déplacements en milieux continentaux anthropisés afin d'évaluer le fonctionnement de populations à fine échelle spatiale. Sur la base de la microchimie élémentaire (Sr/Ca, Ba/Ca, Sr/Ba), nous avons pu ainsi démontrer récemment que la population de jeunes chevesnes dans une partie du Rhône anthropisé provenait largement de ses affluents Lône et Ardèche [START_REF] Bounket | Spawning areas and migration patterns in the early life history of Squalius cephalus (Linnaeus, 1758): use of otolith microchemistry for conservation and sustainable management[END_REF], suggérant le rôle essentiel de la connectivité Rhône/affluents. En système tropical, nous avons par contre démontré que les déplacements de gobies juvéniles étaient assez limités dès lors qu'ils avaient rejoint leur site de grossissement et, lorsque des déplacements sont avérés ils sont liés à des effets de compétition entre individus ou à l'influence d'évènements cycloniques (Teichet et al., 2018).

En combinant microchimie élémentaire et l'isotopie du strontium ( 87 Sr/ 86 Sr), nous avons développés des modèles d'assignation d'origines pour le Saumon (Martin et al., 2013a,b ;Bareille et al., 2017), la grande Alose du Golfe de Gascogne [START_REF] Martin | Dispersal capacities of anadromous Allis shad population inferred from a couple genetic and otolith approach[END_REF]Nachon et al., 2019) et la truite lacustre des grands lacs alpins [START_REF] Richard | Géochimie des Otolithes comme outil de Détermination de l'Origine Natale (affluents de naissance) de la Truite des grands Lacs Alpins, Léman, Annecy, Bourget, Sautet. Rapport[END_REF]. Ces modèles ont permis entre autres d'identifier les rivières-frayères conduisant aux renouvellement des populations de ces migrateurs et d'évaluer le degré de connectivité à des échelles spatiales variables.

Enfin, en utilisant uniquement l'isotopie du strontium ( 87 Sr/ 86 Sr) nous avons évalué la résilience de la population de truite fario post-crue dévastatrice centennale de juin 2013 dans le bassin de la Garonne et son affluent la Pique (Bareille et al., 2017). Ces travaux ont permis de mettre en évidence : premièrement, un grand contraste dans le rôle du soutien aux effectifs dans la résilience post-crue selon les secteurs (Garonne aval >70%), Garonne amont (<10%) et la Pique (<10%). Les résultats obtenus pourraient témoigner de différences importantes dans la survie des individus issus de pisciculture en présence de la souche sauvage et donc de phénomènes de compétition. Deuxièmement, que la résilience rapide de la Pique (en 2 ans) par de la reproduction naturelle provenait en grande majorité (72%) d'individus nés pendant l'automne suivant la crue dans les affluents de petites tailles situés de part et d'autre de l'axe de la Pique aval, soulignant l'importance écologique de petits ruisseaux en réponse à un évènement hydrologique catastrophique.

L'utilisation de la composition chimique des otolithes est donc susceptible de renseigner sur les milieux occupés par un poisson à différents stades de son développement (rivières spécifiques ou bassin de développement, piscicultures) et donc d'aborder des questions relatives à la connectivité des populations, l'efficacité d'actions de gestion (repeuplements) et la résilience post-évènements extrêmes. Il est donc envisageable d'utiliser cette technique dans le bassin de la Rhue.

Cependant, le succès de son application repose très largement sur l'existence de contrastes géochimiques entre les environnements de vie susceptibles d'être occupés par la truite commune Salmo trutta (axe principal de la Rhue et ses affluents). C'était le cas dans le bassin amont de la Garonne. Mais qu'en est-il dans le bassin de la Rhue ?

Il était donc indispensable de passer par une première étape de faisabilité avant de se lancer dans l'examen des otolithes de truite.

Objectifs de l'étude de faisabilité

L'objectif de cette première étape du projet ECTRO était donc de vérifier qu'il existe suffisamment de contrastes chimiques vis-à-vis des marqueurs Sr/Ca, Ba/Ca et 87 Sr/ 86 Sr entre l'axe principal de la Rhue et ses principaux affluents susceptibles de l'alimenter en truites fario.

Il a donc été proposé de faire un état zéro de la distribution géographique dans le bassin de la Rhue des trois marqueurs chimiques cités ci-avant sur la base d'une campagne de prélèvement d'eau en condition de débit d'étiage (Juin-août). Cela devrait permettre de préciser si l'ensemble des affluents de la Rhue sont chimiquement différenciés de la Rhue, ou lesquels dans le cas où certains s'avèreraient non différenciables. En fonction de ces résultats, alors il sera possible de proposer l'étude des otolithes sur l'ensemble du bassin ou seulement sur certaines zones.

Pour information, si la distribution géographique des signatures chimiques présente un fort potentiel permettant d'envisager de pouvoir répondre à la question de la connectivité, alors le projet rentrerait dans la deuxième phase :

-Caractérisation de la variabilité temporelle (annuelle ou pluri-annuelle) des signatures chimiques enregistrées par les otolithes de jeunes truites de chaque affluent chimiquement différencié de l'axe de la Rhue (truites sédentaires de 2 ans ou plus). En complément, il sera envisagé d'évaluer l'évolution temporelle (saisonnière) de la signature chimique de l'axe principal de la Rhue, via par l'analyse d'otolithes de poissons sédentaires (chabot par exemple, si autorisation de prélèvements) le long de son axe (amont-aval). -Analyse de l'évolution de la composition chimique des otolithes de truites adultes prélevées dans l'axe principal de la Rhue afin d'évaluer la proportion d'individus résidents permanents de celle des individus nés dans les affluents de la Rhue afin de proposer un schéma de fonctionnement du renouvellement de la population de truite dans la Rhue. Tous les affluents principaux de la Rhue, ainsi que quelques affluents de plus petites tailles, ont été échantillonnés (figure 2) :

Prélèvements et analyses

-Rd : Gabacut, Taurons, Tarentaine, ruisseaux d'Embort, de la Morthe, de Montboudif; -Rg : Loubinoux, Bonjon, Santoire, Petite Rhue, Ruisseaux Loubanère, de la Scie et de Saint-Amandin; -Des affluents de la Petite Rhue (Véronne, ruisseau de Jointy) et de la Santoire (ruisseau de la Bastide) ont également été échantillonnés.

-

Collecte et préparation des échantillons d'eaux

Les prélèvements ont été réalisés par Gilles Bareille du 20/06 au 24/06/2022 selon le protocole développé par G. Bareille à l'IPREM, en respectant les étapes suivantes (figure 3) :

• Lavage préalable de l'ensemble du matériel utilisé avec de l'acide nitrique à 10%, afin d'éviter une éventuelle contamination des échantillons (en laboratoire);

• Prélèvement de l'eau de rivière grâce à une perche de prélèvement équipée d'une bouteille en polypropylène de 250 mL. Avant prélèvement de l'eau pour analyses, rinçage de la bouteille de 250 mL de 8 à 10 fois avec l'eau du site à prélever.

• Filtration de 125 mL d'eau à partir de la bouteille à prélèvement de 250 mL, grâce à un filtre PVDF Whatmann de porosité 0.45µm fixé sur une seringue en polypropylène avec stockage dans un flacon préalablement rincé 2 fois avec de l'eau filtrée du site de prélèvement et labélisé (numéro de site);

• Acidification de l'échantillon avec 2mL d'acide nitrique (J.T. Baker, Ultrex) ;

• Stockage des échantillons d'eau au frais et à l'abri de la lumière jusqu'aux analyses. Parallèlement aux prélèvements, la température, le pH et la conductivité ont été mesurés. Il ressort en effet que la conductivité est un paramètre particulièrement informatif, car hautement lié à la composition en ions majeurs (Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , K + , HCO3 -, SO4 2-, Cl -, NO3 - ) de l'eau, et donc à l'origine géologique.

Analyses chimiques

La composition chimique des eaux a été déterminée au laboratoire IPREM de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA). Les échantillons d'eaux ont été préparés comme suit : 0.2 mL du standard interne Indium (In à 0.5 ppm) ont été ajoutés à 9.8 mL d'échantillon filtré et acidifié à 2%.

Rinçage flacon

Prélèvement Filtration Acidification Homogénéisation

Des standards de calibration ont été préparés pour l'analyse de 7 éléments chimiques: calcium (Ca), magnésium (Mg), manganèse (Mn), strontium (Sr), potassium (K), baryum (Ba) et sodium (Na). La composition des eaux en ces éléments chimiques a été déterminée par spectrométrie d'émission atomique à plasma induit (ICP-AES). La quantification des concentrations a été réalisée par calibration externe (0-100 mg/L pour Ca, Na, K et Mg ; 0-10 à mg/L pour le Sr ; 0-1 mg/L pour Ba et Mn) à partir de standards en solution avec ajout de l'étalon interne (In à 0.5 ppm) comme pour les échantillons. La justesse et la répétabilité des analyses ont été évaluées grâce à l'analyse de deux standards certifiés d'eaux douces (SLRS6 et NIST1640A) tous les 10 échantillons. La répétabilité analytique est de 3-4% pour le Sr, 3% pour le Na, <1% pour le K, 3-8% pour le Ba, 1-3% pour le Ca, 3% pour le Mg, et 20-30% pour le Mn (répétabilité faible en raison de concentrations proches de la limite de détection). Pour les 3 éléments d'intérêt pour les otolithes (Ca, Sr et Ba), la justesse des analyses est de 91-97% pour le Sr, 91-93% pour le Ba et 93-98% pour le Ca.

L'analyse des isotopes du Sr nécessite une étape préalable de séparation matricielle sur colonne pour éliminer les éléments chimiques interférents (cations majeurs et Rb). Grâce aux résultats de l'analyse élémentaire, les volumes d'eau à évaporer afin d'obtenir 2µg de Sr pour chaque échantillon ont été calculés. L'évaporation s'est faite dans des tubes en téflon placés dans un Hotblock à 80°C. Après dessiccation totale, 4 mL d'acide nitrique de concentration 3M ont été ajouté. L'élimination des éléments induisant des interférences polyatomiques et isobariques a été effectuée par séparation matricielle sur colonne via une résine échangeuse de cations (Cartouches 2mL Résine Sr-R50-S, Eichrom). Après avoir rincé la résine avec, successivement, 10 mL de HNO3 3M et 20mL d'eau MilliQ, celle-ci est conditionnée par passage de 2 mL de HNO3 à 3M ; l'échantillon contenu dans 4 mL d' HNO3 à 3M est ensuite introduit dans la colonne. 8 mL d'acide nitrique 3M sont alors passés dans la colonne afin d'éliminer les éléments interférents. Enfin, le strontium est élué de la colonne et récupéré dans des tubes de 12 mL par passage de 10 mL d'eau MilliQ. Enfin, on ajoute 200 µL de HNO3 pur pour obtenir un éluât à 2%. L'analyse du 87 Sr : 86 Sr est réalisée par spectrométrie de masse multicollection à plasma induit (MC-ICP-MS).

L'analyse du 87 Sr/ 86 Sr a été réalisée en duplicat. La déviation entre réplicas est de l'ordre de 0.005% au maximum, soit une reproductibilité du rapport isotopique du strontium de plus de 99,9%.

Résultats -Interprétations

Mesures physico-chimiques

Les résultats des mesures physico-chimiques de l'eau sont présentés en annexe (Annexe 1).

Lors des prélèvements en juin 2022 la température de l'eau variait en général de 15°C à 20°C, avec des températures un peu plus élevées dans la Santoire (20-21°C) et la partie aval de la Rhue (16-20°C) et légèrement plus froide (15-18°C) dans la Rhue amont.

En ce qui concerne le pH, il oscille de valeurs légèrement acides autour de 6.8 (Ruisseau de la Morthes et Véronne) à des valeurs alcalines 8-8.4 (Taurons, Gabacut, Loubinoux, Ruisseau de Montirin, Rhue aval et Tarentaine). Il se situe néanmoins assez largement autour de la neutralité pour le restes des échantillons de la Rhue et de ses affluents.

Il ressort une certaine hétérogénéité dans les valeurs de conductivité mesurées lors des prélèvements d'eau (Tableau 1) entre certains secteurs de la Rhue et entre la Rhue et certains de ces affluents.

La Rhue amont (RHU31 à 33) se distingue par sa faible concentration en ions majeurs (cond. = 72-85 µS/cm).

L'axe de la Rhue entre l'aval de la confluence avec la Loubanère (RHU29) et l'amont de la confluence avec la Tarentaine (RHU5) présente une conductivité plus élevée avec des valeurs de 100-111 µS/cm. Ceci est très certainement lié avec les apports d'eaux de la plupart de ses affluents en rive gauche qui présentent des conductivités plus élevées : Loubanère (112), Loubinoux (108), Bonjon (127), Santoire (124-131), Petite Rhue (112-120), ruisseau de la Scie (107). Par contre, les affluents de la Rhue en rive droite sont quant à eux principalement caractérisés par de plus faibles conductivités : Monboudif (95), Gabacut (71), Taurons (60) et Embort (55), à l'exception du ruisseau de la Morthe (106). Ces affluents en rive droite ne semblent pas fortement affecter la conductivité de l'axe de la Rhue.

Enfin, la Rhue à l'aval de la Tarentaine (RHU1) voit sa conductivité diminuer à 94 µS/cm en relation avec les apports d'eau de la Tarentaine à plus faible conductivité (66-68 µS/cm).

Les mesures de conductivité traduisent une hétérogénéité modérée des concentrations en ions entre ces différents cours d'eau, mais reflètent cependant des différences de substrats géologiques entre certains bassins versants drainant principalement des roches volcaniques (Rhue amont, Bonjon, Loubinoux) ou des roches métamorphiques (Embort, Taurons, Tarentaine) ou un mélange des deux (Petite Rhue, Véronne, Santoire, Gabacut) (figure 4). Les concentrations (écartype = SD) des 7 éléments mesurés dans les eaux de la Rhue et de ses affluents (Ba, Ca, Sr, K, Mg, Mn, Na) sont présentées en annexe 2.

Ces concentrations varient de (annexe 2 et 3) :

-0.5 à 3 mg/L pour le potassium (K) -2 à 7 mg/L pour le magnésium (Mg) -3 à 6 mg/L pour le sodium (Na) -5 à 12 mg/L pour le calcium (Ca) -34 à 127 µg/L pour le strontium (Sr) -5 à 21 µg/L pour le baryum (Ba) Les concentrations trouvées en éléments majeurs (Ca, K, Mg et Na) sont globalement caractéristiques d'eaux drainant des substrats silicatés, en accord avec la couverture géologique de la zone étudiée (roches silicatées principalement métamorphiques et volcaniques, parfois granitiques).

Parmi les indicateurs utiles pour la discrimination d'origines via la microchimie des otolithes, nous avons cité précédemment le Sr et le Ba, et plus particulièrement leurs rapports au calcium (Sr/Ca, Ba/Ca et Sr/Ba). En effet, dans les otolithes la discrimination de cours d'eau est préférentiellement observée via ces rapports plutôt que les concentrations de ces deux éléments dans la rivière. Compte tenu de l'objectif initial du projet ECTRO, i.e. évaluer la possibilité de discriminer des origines via la microchimie des otolithes, nous examinerons essentiellement ces rapports dans les eaux de la Rhue et de ses affluents dans ce qui suit.

Le tableau 1 présentent les données des 3 rapports Sr/Ca, Ba/Ca, Sr/Ba et du rapport isotopique 87 Pour évaluer plus finement le pouvoir discriminatoire de ces différents rapports, nous les avons combinés deux à deux en exprimant le Sr/Ca en fonction du Ba/Ca (figure 6a) et le Sr/Ca en fonction du 87 Sr/ 86 Sr (figure 6b). Globalement, on distingue que les traceurs Sr/Ca, Ba/Ca et 87 Sr/ 86 Sr permettent de discriminer tous les affluents en rive droite (Tarentaine, Embort, Taurons, Gabacut, Morthes et Monboudif) et deux en rive gauche (ruisseau de la Scie et de St-Amandin). Par contre, tous les autres affluents situés en rive gauche sont plus difficilement différenciables de l'axe de la Rhue (voir également annexe 4 avec distribution spatiale sous forme de cartes schématiques des trois marqueurs).

Le cours de la Rhue étant fragmenté par 2 grands barrages -le barrage de Vaussaire situé à l'aval de Coindre et de la confluence de la Petite Rhue et le barrage des Essarts situé à l'aval de Condat -nous avons défini 3 secteurs (figure 7) et regardé si les affluents situés dans ceux-ci se différenciaient de l'axe de la Rhue. Deux affluents se distinguent modérément de la Rhue (figure 9a) par leur composition élémentaire, le Gabacut (Sr/Ca) et le Monboudif (Ba/Ca). Par contre, ils se distingue tous les deux très bien de la Rhue par leur isotopie (figure 9b). Il est donc envisageable d'identifier des individus ayant dévalé de ces affluents dans la Rhue.

Les trois derniers affluents du secteur semblent pouvoir être discriminés aisément de la Rhue par leur composition élémentaire : Taurons (Sr/Ca), Saint-Amandin (Sr/Ca, dans une moindre mesure Ba/Ca) et Morthes (Sr/Ca et Ba/Ca). On peut aussi signaler que Morthes, Taurons, Saint-Amandin sont discriminables les uns des autres. Par contre, cela risque d'être un peu plus problématique entre le Taurons et le Gabacut uniquement sur la base élémentaire. Par contre, le 87 Sr/ 86 Sr est très performant dans ce secteur car il permet sans trop d'ambiguïté de discriminer l'ensemble des affluents entre eux et avec la Rhue (sauf pour la petite Rhue), la composition élémentaire amenant un plus dans le degré de discrimination. Il est donc envisageable de pouvoir identifier de la mobilité de la truite entre les affluents et la Rhue dans le secteur 2, sauf entre la petite Rhue aval et la Rhue.

Le dernier secteur (Secteur 3) consiste dans la partie de la Rhue à l'amont du barrage des Essarts. 4 affluents se déversent dans la Rhue dans ce secteur, tous en rive gauche (RG). De l'aval vers l'amont (figure 7), il s'agit de La Santoire, le Bonjon, le Loubinoux et le Loubanère.

Sur les figures 10 a et b, on peut voir que la Santoire et le Loubinoux semblent peu différenciés de l'axe de la Rhue vis-à-vis de leur composition élémentaire (Sr/Ca et Ba/Ca). En ce qui concerne les deux autres affluents, le Loubanère montre un rapport Ba/Ca légèrement plus faible que la Rhue et le Bonjon un Ba/Ca un peu plus élevé. Compte tenu de la très grande variabilité inter-individuelle observée dans l'incorporation du Ba/Ca chez les salmonidés (Bareille, données non publiées), il n'est pas certain que cela suffise à discriminer les poissons de ces deux affluents de l'axe de la Rhue avec l'otolithe. Malheureusement, le 87 Sr/ 86 Sr lui non plus n'est pas très différent entre ces 4 affluents et la Rhue : Loubanère 0.7045, Loubinoux 0.7057, Bonjon 0.7053 et Santoire 0.7053-et la Rhue 0.7049-0.7053.

Totalement en amont, les ruisseaux d'Entraigues et de Groleix se mélangent à la Rhue (ou ruisseaux de Clamouze). Ces ruisseaux ont des signatures très similaires entres eux que ce soit en élémentaire et en isotopie, cette dernière étant légèrement plus faible (0.7044-0.7046) qu'à l'aval de ce secteur où le Loubinoux, le Bonjon et la Santoire font légèrement remonter le 87 Sr/ 86 Sr de la Rhue au-dessus de 0.705. Enfin, l'affluent de la Santoire, le ruisseau de Bastide, présente une signature plus faible en Sr/Ca et plus forte en Ba/Ca que la Santoire amont ; ceci laisse entrevoir qu'il sera peut-être possible d'examiner des échanges entre la Santoire et son affluent, mais pas avec le 87 Sr/ 86 Sr de Bastide qui est très similaire à la Santoire.

Au final, on peut imaginer que la microchimie des otolithes ne sera pas efficace pour identifier des déplacements entre les différents affluents et l'axe de la Rhue dans le secteur 3, il faudra néanmoins vérifier si le Ba/Ca ne permet cependant pas de discriminer le Bonjon et le Loubanère de la Rhue. Dans notre cas, nous avons pu également constater que pour les affluents traversant des substrats volcaniques en amont puis des substrats métamorphiques (zone intermédiaire et aval), comme la Tarentaine, le Taurons, le Gabacut, le St-Amandin, la Morthes, Embort, le 87 Sr/ 86 Sr présentait des valeurs relativement faible (0.707-0.7102) suggérant comme dans la littérature l'influence significative du substrat volcanique amont. Les affluents les plus importants comme la petite Rhue et la Santoire, ainsi que les affluents rive gauche en amont de Condat (Loubanère, Loubinoux, Bonjon), qui traversent préférentiellement des domaines volcaniques dans leur partie amont voire intermédiaire, se caractérisent tous par une isotopie typiquement volcanique (0.7045-0.7057) et de ce fait sont difficilement discriminables de l'axe de la Rhue

RESUME

Ces premiers résultats sont encourageants car ils suggèrent qu'il est possible de différencier certains affluents du cours de la Rhue à partir de la chimie de l'eau, en couplant les marqueurs Sr/Ca, Ba/Ca, Sr/Ba et 87 Sr/ 86 Sr.

Parmi ces affluents, ce sont essentiellement ceux situés à l'aval de Condat en rive droite (Tarentaine, Embort, Taurons, Gabacut, Morthes, Monboudif) et en rive gauche (Scie, Saint-Amandin).

Par contre, les affluents situés en rive gauche en amont de Condat, parmi lesquels les deux principaux que sont la Petite Rhue et la Santoire ainsi que le Bonjon, le Loubinoux et le Loubanère, semblent plus difficiles à discriminer de l'axe de la Rhue. Il faudra néanmoins faire un test avec les otolithes pour voir si le Bonjon et le Loubanère ne sont vraiment pas discriminables, en particulier avec le Ba/Ca.

Il est important de garder à l'esprit que les résultats présentés ne constituent qu'une image instantanée (1 seul échantillon d'eau à un instant t), qui ne prend pas en considération la variabilité temporelle naturelle de ces marqueurs. Ces résultats doivent donc être considérés avec prudence.

Il apparait cependant raisonnable d'engager dès à présent la prochaine étape sur des otolithes de truites, du moins dans les secteurs 1 (aval du barrage de Vaussaire) et 2 (entre les barrages de Vaussaire et des Essarts).

Enfin, Je préconiserais par ailleurs que quelques individus soient également récupérés sur les affluents faiblement discriminés afin de vérifier l'impossibilité de les différencier de la Rhue ; d'autres facteurs comme la température et la croissance interviennent dans les signatures enregistrées dans les otolithes et peuvent donc contribuer à la discrimination.

Références

Bareille G., Baumann L., Holub A., Tabouret H., Pécheyran C., Bérail S., 2017b. Etude de l'origine natale et de l'histoire de vie de la truite fario (Salmo trutta fario) du bassin de la Garonne amont par isotopie du Strontium ( 87 Sr : 86 Sr) des otolithes. Rapport final d'étude : Fédération départementale de pêche de Haute-Garonne (FDP31), Octobre 2017, 59p. (hal-03640136v1) Bareille G., Holub A., Vignon M., Tabouret H., Pécheyran C., Bérail S., Barracou D., Dartau B., Marty S., Picoulet K., 2017. Contribution de l'Alevinage et des Rivières pyrénéennes au retour de POissons Migrateurs (saumon, alose) dans le Bassin de l'Adour et la Nivelle : application et amélioration de l'outil

8 .

 8 Annexes .............................................................................................................................................

Figure 1 :

 1 Figure 1 : carte du bassin de la Rhue avec ses affluents principaux. ......................................................Figure 2: carte de localisation des 35 échantillons d'eaux prélevés dans le bassin de la Rhue en juin 2022 .......................................................................................................................................................Figure 3: étapes du protocole de prélèvement d'eau et de traitement des eaux sur le terrain. .........Figure 4 : carte géologique simplifiée du bassin de la Rhue ; Bleu : roches volcaniques ; rose clair : roches métamorphiques ; rose foncé : granites ; vert : alluvions quaternaires. ..................................Figure 5a : distribution aval (Gauche) -amont (droite) des rapports Sr/Ca et Ba/Ca dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Ceux en couleur les affluents et la Couze Pavin. .........................Figure 5b : distribution aval (Gauche) -amont (droite) du rapport 87 Sr/ 86 Sr dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Ceux en couleur représentent les affluents et la Couze Pavin. ........

Figure 2 :

 2 Figure 1 : carte du bassin de la Rhue avec ses affluents principaux. ......................................................Figure 2: carte de localisation des 35 échantillons d'eaux prélevés dans le bassin de la Rhue en juin 2022 .......................................................................................................................................................Figure 3: étapes du protocole de prélèvement d'eau et de traitement des eaux sur le terrain. .........Figure 4 : carte géologique simplifiée du bassin de la Rhue ; Bleu : roches volcaniques ; rose clair : roches métamorphiques ; rose foncé : granites ; vert : alluvions quaternaires. ..................................Figure 5a : distribution aval (Gauche) -amont (droite) des rapports Sr/Ca et Ba/Ca dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Ceux en couleur les affluents et la Couze Pavin. .........................Figure 5b : distribution aval (Gauche) -amont (droite) du rapport 87 Sr/ 86 Sr dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Ceux en couleur représentent les affluents et la Couze Pavin. ........

Figure 3 :

 3 Figure 1 : carte du bassin de la Rhue avec ses affluents principaux. ......................................................Figure 2: carte de localisation des 35 échantillons d'eaux prélevés dans le bassin de la Rhue en juin 2022 .......................................................................................................................................................Figure 3: étapes du protocole de prélèvement d'eau et de traitement des eaux sur le terrain. .........Figure 4 : carte géologique simplifiée du bassin de la Rhue ; Bleu : roches volcaniques ; rose clair : roches métamorphiques ; rose foncé : granites ; vert : alluvions quaternaires. ..................................Figure 5a : distribution aval (Gauche) -amont (droite) des rapports Sr/Ca et Ba/Ca dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Ceux en couleur les affluents et la Couze Pavin. .........................Figure 5b : distribution aval (Gauche) -amont (droite) du rapport 87 Sr/ 86 Sr dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Ceux en couleur représentent les affluents et la Couze Pavin. ........

Figure 4 :

 4 Figure 1 : carte du bassin de la Rhue avec ses affluents principaux. ......................................................Figure 2: carte de localisation des 35 échantillons d'eaux prélevés dans le bassin de la Rhue en juin 2022 .......................................................................................................................................................Figure 3: étapes du protocole de prélèvement d'eau et de traitement des eaux sur le terrain. .........Figure 4 : carte géologique simplifiée du bassin de la Rhue ; Bleu : roches volcaniques ; rose clair : roches métamorphiques ; rose foncé : granites ; vert : alluvions quaternaires. ..................................Figure 5a : distribution aval (Gauche) -amont (droite) des rapports Sr/Ca et Ba/Ca dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Ceux en couleur les affluents et la Couze Pavin. .........................Figure 5b : distribution aval (Gauche) -amont (droite) du rapport 87 Sr/ 86 Sr dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Ceux en couleur représentent les affluents et la Couze Pavin. ........

  Figure 1 : carte du bassin de la Rhue avec ses affluents principaux. ......................................................Figure 2: carte de localisation des 35 échantillons d'eaux prélevés dans le bassin de la Rhue en juin 2022 .......................................................................................................................................................Figure 3: étapes du protocole de prélèvement d'eau et de traitement des eaux sur le terrain. .........Figure 4 : carte géologique simplifiée du bassin de la Rhue ; Bleu : roches volcaniques ; rose clair : roches métamorphiques ; rose foncé : granites ; vert : alluvions quaternaires. ..................................Figure 5a : distribution aval (Gauche) -amont (droite) des rapports Sr/Ca et Ba/Ca dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Ceux en couleur les affluents et la Couze Pavin. .........................Figure 5b : distribution aval (Gauche) -amont (droite) du rapport 87 Sr/ 86 Sr dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Ceux en couleur représentent les affluents et la Couze Pavin. ........

Figure 6a :

 6a Figure 6a : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents.Figure 6b : Sr/Ca en fonction du 87 Sr/ 86 Sr pour les eaux de la Rhue et de ses affluents.Figure 7 : présentation des 3 secteurs définis et affluents localisés dans ceux-ci.Figure 8a : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 1 (aval Vaussaire).Figure 8b : Sr/Ca en fonction du 87 Sr/ 86 Sr pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 1 (aval Vaussaire).Figure9a: Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 2 : Vaussaire -Essarts. Figure9b: Sr/Ca en fonction du 87 Sr/ 86 Sr pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 2 : Vaussaire -Essarts. Figure10a: Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 3 : amont Essarts. Figure10b: Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 3 : amont Essarts.

4. 1 .

 1 Présentation des sites d'échantillonnage La Rhue est une rivière d'environ 56 km de long avec un bassin versant de 900 km 2 , située dans le Massif Central. C'est un affluent de la Dordogne en rive gauche. La Rhue prend sa source au coeur du parc naturel des volcans d'Auvergne où elle est appelée ruisseau de Clamouze (ou de Clamousse) et ruisseau d'Entraigues, avant de prendre le nom de Grande Rhue au sud d'Égliseneuve-d'Entraigues. Ces principaux affluents (figure 1) depuis l'amont vers l'aval sont en rive droite, le Gabacut, le Taurons et la Tarentaine et en rive gauche, le Loubinoux, le Bonjon, la Santoire, la Petite Rhue. A Coindre, la Grande Rhue reçoit les eaux de la Petite Rhue, et devient la Rhue. Deux ouvrages hydrauliques ont été aménagés sur le cours de la Rhue, le premier en aval de Condat le barrage des Essarts d'une hauteur de 46 m, et le second en aval d'Embort le barrage de Vaussaire d'une hauteur de 32 m. La retenue du barrage de Vaussaire est alimentée en partie par une conduite forcée en provenance du lac de Lastioulles. L'eau de cette retenue est amenée jusqu'à la centrale de la Rhue au niveau du barrage de Bort-les-Orgues. Dans la partie amont, la grande Rhue, la Petite Rhue et la Santoire s'écoule sur des substrats volcaniques, vastes plateaux basaltiques (chaine du Sancy, monts du Cantal, …). Dans la partie moyenne et aval, la Rhue et certains de ces affluents s'écoulent sur un socle cristallin, métamorphique gneissique.

Figure 1 :

 1 Figure 1 : carte du bassin de la Rhue avec ses affluents principaux.

Figure 2 :

 2 Figure 2 : carte de localisation des 35 échantillons d'eaux prélevés dans le bassin de la Rhue en juin 2022

Figure 3 :

 3 Figure 3 : étapes du protocole de prélèvement d'eau et de traitement des eaux sur le terrain.

Figure 4 :

 4 Figure 4 : carte géologique simplifiée du bassin de la Rhue ; Bleu : roches volcaniques ; rose clair : roches métamorphiques ; rose foncé : granites ; vert : alluvions quaternaires.

  Figure 5a : distribution aval (Gauche) -amont (droite) des rapports Sr/Ca et Ba/Ca dans les eaux de la Rhue et ses affluents, ainsi que dans la Couze Pavin. Les histogrammes en bleu foncé représentent les échantillons de l'axe de la Rhue. Les autres couleurs représentent les affluents et la Couze Pavin.

Figure 6a :

 6a Figure 6a : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents.

Figure 6b :

 6b Figure 6b : Sr/Ca en fonction du 87 Sr/ 86 Sr pour les eaux de la Rhue et de ses affluents.

Figure 7 :

 7 Figure 7 : présentation des 3 secteurs définis et affluents localisés dans ceux-ci.

Figure 8a :

 8a Figure 8a : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 1 (aval Vaussaire).

Figure 8b :

 8b Figure 8b : Sr/Ca en fonction du 87 Sr/ 86 Sr pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 1 (aval Vaussaire).

Figure 9a :

 9a Figure 9a : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 2 : Vaussaire -Essarts.

Figure 9b :

 9b Figure 9b : Sr/Ca en fonction du 87 Sr/ 86 Sr pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 2 : Vaussaire -Essarts.

Figure 10a :

 10a Figure 10a : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 3 : amont Essarts.

Figure 10b :

 10b Figure 10b : Sr/Ca en fonction du Ba/Ca pour les eaux de la Rhue et de ses affluents au niveau du secteur 3 : amont Essarts.

  Les différents cours d'eau concourant à la Grande Rhue (Clamouze, Groleix et Entraigues), ainsi que plusieurs sites de la Rhue le long de son cours ont été prélevés en amont et en aval de la confluence d'affluents en général. -Pour finir, la Couze Pavin alimentant la pisciculture utilisée pour des alevinages a également fait l'objet d'un prélèvement d'eau.

Le détail des sites de prélèvements d'eaux est présenté en annexe 1, avec les données des mesures physico-chimiques (Température, Conductivité, pH). La localisation des prélèvements d'eaux est présentée sur la figure 2.

  Tableau 1: rapports Sr/Ca, Ba/Ca, Sr/Ca et 87 Sr/ 86 Sr déterminés suite aux analyses chimiques réalisées sur les eaux du bassin de la Rhue. Mesures de conductivité effectuées sur le terrain.

	N° de sites Rive Rivières	Sr/Ca		Ba/Ca	Sr/Ba		Conductivité
			moy SD	moy SD	moy SD	µS/cm	Mean	SD
	RHU1	RHUE	9,2	0,8	1239,5 253,5 7,4	1,2	94	0,70614 0,000013
	RHU5	RHUE	9,6	0,6	1158,4 197,3 8,3	1,1	104,1	0,70568 0,000039
	RHU6	RHUE	9,9	0,5	1278,7 133,8 7,7	0,6	106	0,70541 0,000004
	RHU13	Grande RHUE	9,6	0,7	1160,6 199,8 8,3	1,1	101,6	0,70561 0,000014
	RHU18	Grande RHUE	9,7	0,6	1108,5 152,0 8,7	0,9	102,2	0,70548 0,000031
	RHU14	Grande RHUE	10,0 0,6	1203,2 181,9 8,3	1,0	107,1	0,70534 0,000018
	RHU21	Grande RHUE	10,5 0,5	1432,4 221,1 7,4	0,9	110,7	0,70529 0,000008
	RHU22	Grande RHUE	10,4 0,5	1364,7 231,7 7,6	1,2	107	0,70522 0,000013
	RHU28	Grande RHUE	10,1 0,7	1329,0 223,6 7,6	0,9	101,8	0,70621 0,000020
	RHU29	Grande RHUE	10,1 0,4	1549,1 112,8 6,5	0,3	101,4	0,70488 0,000013
	RHU34	Grande RHUE	11,0 0,3	1401,9 114,5 7,8	0,6	79	0,70462 0,000016
	RHU31	Grande RHUE (R. Clamouze)	10,5 1,3	1146,7 400,6 9,2	3,2	72,2	0,70464 0,000016
	RHU32	Grande RHUE (R. de Groleix)	10,6 0,9	1244,4 210,4 8,5	1,3	73,1	0,70436 0,000011
	RHU33	Grande RHUE (R. d'Entraigues) 10,4 0,9	1139,9 281,4 9,1	2,3	85	0,70437 0,000037
	RHU9	RG Petite RHUE	9,5	0,6	1196,3 162,7 8,0	1,1	119,1	0,70525 0,000022
	RHU10	RG R. de Jointy	7,7	0,4	803,5 138,5 9,5	1,8	114,3	0,70576 0,000010
	RHU12	RG Veronne	10,6 0,3	1120,2 125,0 9,5	1,2	150,9	0,70453 0,000002
	RHU11	RG Petite RHUE	11,8 0,9	1657,7 290,6 7,1	0,9	112,4	0,70507 0,000008
	RHU23	RG R. Bonjon	10,5 0,6	1767,0 140,5 6,0	0,4	127	0,70529 0,000006
	RHU19	RD R. de la Morthe	8,0	0,8	2999,4 415,1 2,7	0,4	106,3	0,71023 0,000009
	RHU8	RG R. de la Scie	6,3	0,1	1216,4 127,7 5,2	0,5	106,7	0,70886 0,000031
	RHU20	RD R. de Monboudif	10,6 0,5	2048,0 228,7 5,2	0,4	95,4	0,70803 0,000031
	RHU7	RD R. d'Embort	7,5	0,4	1137,5 128,7 6,6	0,6	55,4	0,70699 0,000023
	RHU15	RD R. du Gabacut	8,6	1,1	1626,7 290,7 5,3	1,1	70,8	0,70691 0,000020
	RHU16	RD R. du Taurons	7,6	0,5	1637,5 315,4 4,7	0,7	59,6	0,70868 0,000022
	RHU30	RG R. Loubanère	9,9	0,7	851,2 116,0 11,7 1,4	112,2	0,70449 0,000024
	RHU27	RG R. Loubinoux	11,0 0,9	1247,6 204,0 8,8	1,2	108,4	0,70568 0,000005
	RHU17	RG R. St-Amandin	6,2	0,5	808,8 140,0 7,7	1,3		0,70751 0,000021
	RHU24	RG Santoire	10,7 0,5	1177,4 84,2 9,1	0,6	131	0,70519 0,000026
	RHU35	RG R. de Bastide	10,5 0,8	1617,2 230,1 6,5	0,8	125	0,70540 0,000015
	RHU25	RG Santoire	11,7 0,2	1072,1 138,3 10,9 1,5	124,1	0,70483 0,000042
	RHU2	RD Tarentaine	8,2	1,1	2792,3 562,6 2,9	0,5	67,4	0,70802 0,000028
	RHU3	RD Tarentaine	8,6	1,0	2860,5 451,2 3,0	0,5	66,5	0,70744 0,000029
	RHU4	RD R. de Montirin	5,1	0,6	2795,3 349,4 1,8	0,3	82,6	0,71405 0,000015
	RHU36	Couze Pavin	7,3	0,9	811,6 178,4 9,0	2,2	109,4	0,70556 0,000009

5.2. Analyses élémentaires et isotopie du Sr -potentiel de discrimination Rhueaffluents

L'objectif principal de l'étude est donc d'évaluer la connectivité de la truite fario entre le cours principal de la Rhue et ses affluents.

Sr/

Annexe 3 : distribution des éléments Potassium (K), Magnésium (Mg) et Sodium (Na) dans la Rhue (bleu foncé) et ses affluents (autres couleurs)

Annexe 4 : distribution spatiale amont-aval sous forme de carte schématique des marqueurs d'habitat Sr/Ca, Ba/Ca et 87 Sr/ 86 Sr. En vert les affluents potentiellement discriminables de la Rhue.


Pierre-Emmanuel Angeli

Maria Adela Puscas

Maria Adela

Puscas Large

Large eddy simulation of fluid/structure interaction of two in-line cylinders in a turbulent flow

Large eddy simulation of fluid/structure interaction of two in-line cylinders in a turbulent flow P.-E. Angeli * , M. A. Puscas * This work reports the numerical results obtained by the CEA with the in-house CFD software TrioCFD within the framework of an OECD/NEA benchmark focusing on the fluid/structure interaction issue. The experimental facility consists of two in-line cantilever cylinders placed in a thin channel and subjected to vibrations under the effect of a turbulent flow 1 . Three kinds of calculations using the wall-resolved large eddy simulation approach are considered: first, a simulation with fixed cylinders; second, a one-way coupling with imposed displacement of the cylinders; and third, a more realistic two-way coupling. The first case is used to conduct a sensitivity analysis of the mesh size using two tetrahedral meshes called respectively coarse (16 million elements) and fine (85 million elements). Unlike the coarse mesh, the average and RMS velocity profiles computed with the fine mesh downstream of the cylinders are found to be in good agreement with the experiment, as shown in Fig. 1(a). In the one-way coupling, a small harmonic displacement corresponding to a vibration mode of a clamped-free Euler-Bernoulli beam is imposed on the cylinders. An arbitrary Lagrangian-Eulerian method is employed to solve the fluid/structure interaction involving moving boundaries. In the two-way coupling strategy, a reduced Euler-Bernoulli beam model is coupled to the fluid software by using a partitioned time marching algorithm. At the time of the present abstract, the results of the simulations with the two-way coupling method are still pending. However the average and RMS velocities, as well as the spectra of velocity, pressure, and cylinder acceleration spectra at given points will be further compared to that recorded experimentally. Streamwise velocity profile behind the first cylinder with: experiment (LDV) experiment (PIV), fixed cylinders (coarse mesh), fixed cylinders (fine mesh), imposed displacement (fine mesh).

Figure 1 :

 1 Figure 1: (a) Iso-surfaces of the Q-criterion colored with the velocity magnitude. (b)


Jiayi Cai

Pierre-Emmanuel Angeli

Jean-Marc Martinez

Guillaume Damblin

Didier Lucor

Reynolds

Reynolds stress anisotropy tensor predictions using neural networks

est destinée au dépôt

Reynolds Stress Anisotropy Tensor Predictions using Neural Networks

J. Cai * † , P.-E. Angeli * , J.-M. Martinez ‡ , G. Damblin ‡ and D. Lucor † Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) based turbulence modeling is the most widely-used approach for engineering interests due to its high cost-effectiveness. Even though, despite researchers' continued focus, the RANS approach still suffers from a universal and reliable closure model for the Reynolds stress anisotropy tensor. In recent years, advances in computing power have opened up a new way to tackle this problem with the aid of machine learning techniques.

The main objective of the present paper is to fully predict the Reynolds stress anisotropy tensor for both interpolation and extrapolation scenarios by employing neural networks.

Several case studies are performed upon two different types of neural network architectures: the Multi-Layer Perceptron (MLP) and the Tensor Basis Neural Network (TBNN) 1 . Representative physical parameters characterizing the properties of turbulent flows are carefully identified and pre-processed. Different input feature combinations are respectively fed into the MLP to acquire a complete grasp of the role of each parameter. A deeper theoretical insight is taken into the TBNN in order to clarify some remaining ambiguities in the literature, concerning the application of Pope's general effective-viscosity hypothesis 2 . The predictive capacity and the robustness of these two types of neural networks are compared. Excellent interpolation and extrapolation predictive capability of the Reynolds stress anisotropy tensor is achieved upon our testing flow configuration. The results of an extrapolation test for channel flow at Re τ = 10, 000 are shown in Fig. 1 for illustration. A promising future could be expected by integrating these neural networks into an in-house CFD code.

Figure 1 :

 1 Figure 1: Averaged predicted Reynolds stress anisotropy tensor bij in function of wall distance y given by (a) an MLP and (b) an augmented TBNN. DNS data are shown in dotted lines.


Jessica Lebenberg
email: jessica.lebenberg@inserm.fr

Jean-Pierre Guichard

Antoine Guillonnet

Abbas Taleb

Nathalie Dias-Gastellier

Hugues Chabriat

Eric Jouvent

Improvement of brain atrophy evaluation using optimized brain masking

In clinical studies, SIENA [1] is the reference tool to estimate brain atrophy, a key MRI-based feature strongly related to neurological and physical disabilities in small vessel disease as CADASIL [2]. The 1 st step consists in extracting brain from skull using BET, pipeline highly sensitive to input parameters regards to MR acquisition and to severity of brain changes [3]. Its use for longitudinal studies in patients at various stage of a disease could be unlikely. We here proposed an alternative pipeline from ANTs suite [4] and compared both approaches.

RESULTS

v Studied group Among the 331 followed patients, 239 had at least 2 consecutive acquisitions with the same MRI protocol: 229 on GE (axial acquisition, TR/TE/TI 8.6/1.9/0ms, resolution: 1x1x0.8mm 3

) and only 10 on SIEMENS, including 8 with the same setting (sagittal acquisition, TR/TE/TI 2000/3.2/900ms, resolution: 0.4x0.4x0.4mm 3

). To work with identical samples sizes, 8 patients imaged on GE were randomly chosen. One couple of data was selected per patient. Nine over the 16 patients were women. At baseline, the mean age was 60.8 y (±8. Bland-Altman plots showed agreements between annual PBVC estimated by both approaches depended on the MRI protocol and the estimated PBVC (Fig. 2).

  3). v Brain extractionBest BET parameters were '-B -f 0.1'. With such studied-adapted setting, extracerebral tissues remained in masks whereas ANTs pipeline set with default parameters provided visually better outputs for all data (Fig.1) v Results comparisons and agreements Annual PBVC spanned in[-3.8;1.2] and [-3.4;1.3] for BET and ANTs pipelines respectively. PBVC estimated from the ANTs-based masks were statistically greater than those estimated from the BET-based masks (p < 0.01).

  Fig.1

Funded by the RHU TRT_cSVD project (ANR-16-RHUS-004) and ARNEVA