ABSTRACT. – Infaunal bioturbation (irrigation and particle mixing) significantly influences diffusion, advection and phase transfer of sediment constituents, thereby affecting net flux and catabolism of natural and anthropogenic sediment associated compounds. Hence, several types of bioturbation models have been developed to characterise and quantify effects of bioturbation. The present article presents two newly developed diffusion-advection models describing particle and solute transport caused by bioturbation by the lugworm Arenicola marina. Both models are described in cylinder coordinates allowing the existence of a feeding funnel which has not been included in previous bioturbation models, but is crucial for understanding particle and water transport induced by A. marina. Model output parameters describe the velocity of the particle burial rate due to the conveyorbelt feeding mode of A. marina, the size (and existence) of a feeding funnel, the velocity of the advective solute transport from feeding depth to the sediment surface caused by A. marina irrigation as well as the size of the area affected by advective solute transport. In combination with a microcosm tracer experiment the models were used to study the effects of pyrene (a 4-ringed polycyclic aromatic hydrocarbon) on particle and solute transport in bioturbated sediment by comparing model output parameters from pyrene contaminated and uncontaminated sediment. A sediment concentration of pyrene 900 ppb significantly affected particle bioturbation, reducing the subduction rate by 34% from 0.138 cm/day in uncontaminated sediment to 0.091 cm/day in contaminated sediment. Apparently pyrene had little but no significant effect on the advective transport of solutes (estimated to 42.52 ± 11.34 cm/day) and the size of the area affected by the transport of solutes (estimated to 11.78 ± 9.02 cm²) indicating that, sediment associated toxins affect feeding rate more than they affect irrigation for this organism.

RÉSUMÉ. – La bioturbation due à la faune intra-sédimentaire (irrigation et remaniement des particules) influence significativement la diffusion, l’advection et le transfert des diverses phases des constituants du sédiment, affectant ainsi le flux net et le catabolisme des composants naturels et anthropogéniques associés au sédiment. Ainsi plusieurs types de modèles de bioturbation ont été développés afin de caractériser et de quantifier les effets de la bioturbation. Cet article présente deux nouveaux modèles de diffusion-advection décrivant le transport des particules et des substances dissoutes dû à la bioturbation induite par le Ver Arenicola marina. Les deux modèles sont décrits à l’aide de coordonnées cylindriques prenant en compte l’existence d’un cône de nutrition qui n’a pas été pris en compte dans les modèles précédents, mais qui s’avère crucial dans la compréhension du transport des particules et des substances dissoutes liées à l’action de A. marina. Les paramètres des modèles décrivent la vitesse d’enfouissement des particules dues au mode de nutrition en “tapis roulant” de A. marina, la taille (et l’existence) du cône d’alimentation, la vitesse du transport advectif des solutés allant du niveau de nutrition vers la surface du sédiment et provoqué par l’eau injectée par A. marina, ainsi que la taille de l’aire affectée par le transport advectif des solutés. En combinaison avec une expérience à l’aide d’un traceur, en microcosme, les modèles ont été utilisés pour étudier les effets du pyrène (un hydrocarbure aromatique polycyclique) sur le transport des particules et des liquides dans des sédiments soumis à la bioturbation, en comparant les paramètres relevés dans les modèles provenant de sédiments contaminés et non contaminés par le pyrène. Une concentration de 900 ppb de pyrène dans le sédiment affecte significativement la bioturbation particulaire, en réduisant le taux de subduction de 34 %, et la vitesse de 0,138 cm par jour pour un sédiment non contaminé, à 0,091 cm par jour pour un sédiment contaminé. Apparemment, le pyrène a une faible influence, non significative sur le transport advectif des substances dissoutes (estimation : 42,52 ± 11,34 cm/jour) et sur la dimension de l’aire affectée par le transport des solutés (estimation : 11,78 ± 9,02 cm²), ce qui indique que les substances toxiques associées au sédiment affectent davantage le taux de nutrition que l’irrigation pour l’organisme.