Oxygène Dissous¶
- Ce module est fondé sur le modèle de Chapelle et al.(1994).
- Il nécessite d’ajouter une variable d’état : l’oxygène dissous dans l’eau
- L’oxygène dissous à saturation est suivi en fonction du temps et de l’espace en tant que variable diagnostique 3D
- Les paramètres associés à ce module sont listés plus loin
Calcul de la concentration en oxygène à saturation
La concentration maximale d’oxygène dissous dans l’eau par les seuls processus physiques, appelé saturation (O2sat en mg.l-1), peut être estimée grâce à l’équation de Weiss (Aminot et Chaussepied, 1983) :
\(O_2sat= 1.429 e^{g(Sal,Temp)}\)\(g(Sal,Temp)=-173.4292+249.6329*\frac{100}{TempK}+143.3483*\log(\frac{TempK}{100})-21.8492*\frac{TempK}{100}\) | \(+Sal*[-0.033096+0.014259*\frac{TempK}{100}-0.0017*\frac{TempK}{100}^2]\)
- avec :
Calcul de la réaération
La réaération (Oair en mg.l-1.j-1) représente le flux de diffusion de l’oxygène à l’interface air-eau, favorisé notamment par l’agitation de surface due au vent (Riley et Stefan, 1988) :
\(O_{air}= K_{O2} * (O_2sat-C_{O2})\)\(K_{O2}=\frac{0.64+0.0256*(\frac{W_{vent}}{0.447})^2}{D_{O2}}\)
- avec :
Dans le code, \(D_{O2}\) est pris égal à epn (épaisseur de la couche de surface)
Production d’oxygène due à la photosynthèse
La production d’oxygène due à la photosynthèse (Ophotos en mg.L-1.j-1) dépend de la croissance micro- et macro-algale et d’un quotient photosynthétique représentant le rapport entre l’oxygène dégagé et le dioxyde de carbone consommé (Chapelle, 1991) :
\(O_{photos}= R_{O2/N} * Q_{ps}*(\mu_{diat}*C_{Ndiat}+\mu_{dino}*C_{Ndino}+\mu_{nano}*C_{Nnano})\)
- avec :
Chaque module facultatif traitant un végétal rajoute son terme de production d’oxygène à \(O_{photos}\)
si prise en compte des Pseudonitschia (key_psnz : Diatomée nuisible : Pseudo-Nitzschia sp.) :
\(O_{photos}= O_{photos}+R_{O2/N} * Q_{ps}*(\mu_{psnz}*C_{Npsnz})\)si prise en compte des Karenia Mikimotoï (key_karenia : Dinoflagellé nuisible : Karenia Mikimotoï) :
\(O_{photos}= O_{photos}+R_{O2/N} * Q_{ps}*(\mu_{kar}*C_{Nkar})\)si prise en compte des Phaeocystis (key_phaeocystis : Nanoflagellé colonial Phaeocystis globosa) :
\(O_{photos}= O_{photos}+R_{O2/N} * Q_{ps}*(\mu_{colophaeo}*C_{Ncolophaeo}+\mu_{cellphaeo}*C_{Ncellphaeo})\)si prise en compte des Ulves (key_ulve) :
\(O_{photos}= O_{photos}+R_{O2/N} * Q_{ps}*\mu_{ulve}*\frac{C_{ulvdrywght}+\frac{P_{ulvsurf}C_{ulvdrywght}}{epn}}{MasseMolaire_N}\)Consommation d’oxygène
- La consommation d’oxygène dans la colonne d’eau se fait par :
- minéralisation de la matière détritique (Orme en mg.l-1.j-1),
- nitrification (Onitrife en mg.l-1.j-1),
- respiration du phytoplancton et du zooplancton (Orespzoo en mg.l-1.j-1), [et des ulves (Orespalgue en mg.l-1.j-1)].
Seule la reminéralisation de l’azote organique est prise en compte comme processus consommateur d’oxygène, car le phosphore (principalement sous forme PO4) et le silicium (sous forme SiO2) sont déjà à un degré d’oxydation maximum.
Les équations de reminéralisation et de nitrification sont donc les suivantes :
\(O_{rme}= Rme_N * R_{O2/N}^{rme} * C_{Ndetr}\)\(O_{nitrife}= Nitrif * R_{O2/N}^{nit} * C_{NH4}\)
- avec :
Si le module benthos est utilisé, la consommation d’oxygène dans la couche de fond par minéralisation de la matière organique benthique est prise en compte en multipliant le taux de minéralisation dans l’eau par un rapport pelagique/benthique, donné en parmaètre (p_reminbenth Paramètres dédiés aux applications ECO-MARS (parabiolo.txt))
La respiration algale (Orespalg en mg.l-1.j-1) est représentée par une relation traduisant l’augmentation de la respiration quand la lumière diminue :
\(O_{respalg}= R_{O2/N}*[(0.01+0.1*(1-flum_{diat})*C_{Ndiat}\) | \(+(0.01+0.1*(1-flum_{dino})*C_{Ndino}\) | \(+(0.01+0.1*(1-flum_{nano})*C_{Nnano}]\)
- avec :
Chaque module facultatif traitant un végétal rajoute son terme de consommation d’oxygène à Orespalg, avec des formulations analogues et les fonctions limitantes correspondantes. Pour les ulves, le traitement est particulier :
si prise en compte des Ulves (key_ulve) :
\(O_{respalg}= O_{respalg}+R_{O2/N}*[(0.01+0.1*\frac{(1-flum_{ulvesusp})*C_{Nulvesusp?}+\frac{(1-flum_{ulvebenth})*C_{Nulvebenth?}}{epn}}{MasseMolaire_N}\)
La respiration du zooplancton (Orespzoo en mg.L-1.j-1) est, quant à elle, fonction de la biomasse :
\(O_{respzoo}= Q_{respzoo}*f_T*(C_{N_{mesozoo}}+C_{N_{microzoo}})*\frac{R_{C/Pdszoo}}{12*R_{C/Nzoo}}\)
avec :
\(Q_{respzoo}\) : taux de respiration de la biomasse zooplanctonique (mgO2.(µmolN.j)-1)(p_zoo_resp Parametres utilises pour simuler l’Oxygene dissous)\(R_{C/Pdszoo}\): rapport massique carbone sur poids sec pour le zooplancton\(R_{C/Nzoo}\) : rapport molaire carbone sur azote pour le zooplancton
Equation d’évolution pour l’oxygène¶
\([\frac{d(C_{O2})}{dt}]_{bio}=O_{photos}+O_{air}-O_{respalg}-O_{respzoo}-O_{rme}-O_{nitrife}\)
mais
- \(O_{air}\) est nul sauf dans la couche de surface
- et si \(C_{O2}\) <0.2 mg.L-1 alors \(Rme_N=Nitrif=Rme_P=0.\)
Parametres utilises pour simuler l’Oxygene dissous¶
(Paramètres dédiés aux applications ECO-MARS (parabiolo.txt))
parametre documentation parametres fichier definition unite \(Q_{ps}\) p_phyto_photoratio Quotient photosynthetique \(K_{O2remin}\) p_O2_kremin (non utilisé) Constance demi saturation o2 remineralisation mg.l-1 Nitrifw0 p_nitrifwat Taux nitrification dans l’eau a 0°C jour-1 Q_{respzoo} p_zoo_resp Taux de respiration du zooplancton mgO2.micromolN-1.j-1