Un suivi en continu sur deux ans a été réalisé dans le compartiment aquatique. La phase dissoute des POP a été échantillonnée sur les sites de Bonneval, Modane et Aiton. La
phase particulaire a été échantillonnée en aval à Pontamafrey (après le rejet de l’Arvan,
affluent majeur) et Aiton car nous avons pu bénéficier des installations mises en place par IRSTEA. En effet, depuis 2006, le site Arc-Isère fait partie de la Zone Atelier du Bassin du Rhône (ZABR) et des suivis hydro-sédimentaires réguliers sont faits par EDF et les
laboratoires LTHE et IRSTEA-Lyon. En raison à la fois de la difficulté de disposer d’un site
sécurisé, et de la faible contribution des MES dans la partie de la rivière située en amont du
rejet de l’Arvan, aucun préleveur de type ISCO n’a été déployé sur la partie haute de la vallée. Les PCB étant présents à l’état de trace, leur quantification s’est avérée difficile en raison de
niveaux très proches des limites de détections dans les MES. Par conséquent, pour ces composés, uniquement les résultats en phase dissoute sont présentés, les autres résultats
n’ayant pas pu être exploités. Hormis pour la phase dissoute dans l’eau, ce chapitre est
149
Crue : une remobilisation ponctuelle de sédiments A.
Chaque année, une chasse hydraulique est réalisée au mois de juin sur les principales
retenues de l’Arc afin de transporter en aval tous les sédiments accumulés pouvant altérer le fonctionnement des aménagements hydroélectriques (Antoine et al., 2013). Dans ce contexte de remobilisation ponctuelle des sédiments, des prélèvements et screenings des HAP ont été réalisés entre 2008 et 2012 dans la rivière Arc, au niveau de Sainte Marie de Cuines, en aval de St Jean de Maurienne et plus en aval dans la rivière Isère sur le site Isère-campus situé à
Saint Martin d’Hères. Les résultats obtenus lors de ces périodes de chasses hydrauliques
indiquent une même tendance, illustrée dans le cas de celle de juin 2012, par la Figure 70.
L’évolution de la concentration en MES et de la somme de 12 HAP en phase particulaire est représentée en fonction du temps sur l’Arc (Figure 70a) et sur l’Isère (Figure 70b).
Figure 70 : Suivi lors d’une crue de l'Arc de la remobilisation des MES et HAP particulaires sur deux sites : a)Arc et b)Isère-Station Campus.
150
Dans l’Arc, les concentrations en HAP particulaire et MES augmentent au cours de la crue mais avec un léger décalage dans le temps. En début de crue (Figure 70a) la
concentration en HAP particulaire est faible (500 ng.gMES-1 pour la somme des 12 HAP), puis
un pic de HAP est observé lorsque les sédiments de surface commencent à être remobilisés
(3800 ng.gMES-1). En revanche, lorsque le pic de MES est atteint (35 g.L-1 de MES), une chute
de la concentration en HAP particulaire est observée signe d’un phénomène de dilution des
composés par les particules non chargées. Pour finir, une légère ré-augmentation de la concentration en HAP particulaire est constatée lorsque la concentration en MES diminue. Sur le site Isère campus (Figure 70b) un comportement différent est observé. En début de crue la
concentration en HAP particulaire est élevée (6500 ng.gMES-1) puis elle diminue dans le temps
(500 ng.gMES-1) jusqu’à ce que la crue atteigne sa concentration maximale en MES (7 g.L-1).
Une fois le pic de MES atteint, la concentration en HAP ré-augmente puis re-diminue comme la concentration en MES.
Ces résultats suggèrent trois points : (i) un impact anthropique différent entre les deux
sites puisqu’en début de crue dans l’Arc la concentration en HAP est faible comparée à la
concentration en HAP en début de crue sur le site Isère-campus. L’Arc s’écoule dans une zone
peu anthropisée par rapport à l’Isère qui est impactée par une zone urbaine plus dense ; (ii)
que les sédiments ne sont pas chargés en HAP puisqu’un phénomène de dilution est observé
sur les deux sites lorsque la concentration maximale en MES est atteinte ; (iii) mais aussi que
les HAP sont principalement déposés sur les sédiments de surface dans l’Arc car le pic de
HAP est atteint avant le pic de crue.
La composition des sédiments remobilisés pourrait apporter des éléments de réponse à ce phénomène de dilution. Des mesures de carbone organique particulaire (COP) ont été réalisées et les MES sont en moyenne composées de 1,6 ± 0,6% de COP. La Figure 71 regroupe toutes les mesures réalisées sur le site Isère campus lors des crues naturelles et des
chasses hydrauliques de l’Arc sur l’année 2011 (les données du site de l’Arc ne sont pas
disponibles). Une corrélation positive a été retrouvée entre les MES et le COP (a). Cependant,
aucune corrélation n’a été retrouvée entre la concentration totale en HAP particulaire et la
concentration en COP (Figure 71b). Cette démarche a également été appliquée à chaque HAP
individuel et aucune corrélation n’a été retrouvée. Les HAP ne semblent donc pas être liés au
151
Figure 71 : Corrélations du carbone organique particulaire avec les concentrations en MES (a) et HAP (b).
Ces données montrent aussi que les MES ont une origine minérale car elles contiennent peu de matière organique. Même si une corrélation positive a été retrouvée entre
les MES et le COP, les crues n’entrainent pour autant pas d’apport de HAP particulaire plus
important puisque leur concentration ne sont pas corrélés avec celle du COP.
Matières en suspension : un suivi continu en aval B.
Au cours des deux ans de suivi dans l’Arc, les matières en suspension ont été prélevées
uniquement en aval à l’aide d’échantillonneurs actifs de types ISCO. Ces prélèvements ont été
réalisés à Pontamafrey, juste après la confluence avec l’Arvan (affluent principal de l’Arc) et à Aiton (avant la confluence avec l’Isère), site le plus en aval. Des suivis hydro-sédimentaires réguliers sont réalisés par les laboratoires IRSTEA, LTHE et EDF sur ces deux sites distants
d’environ 38 km car l’Arvan apporte de grandes quantités de MES qui sédimentent ensuite au fil de l’écoulement vers l’Isère. La sédimentation des MES entraînent des changements
morpho-dynamiques de la rivière pouvant avoir comme conséquences des inondations, des apports de contaminants adsorbés sur les particules mais aussi des changements écologiques.
Ces sites ont fait l’objet des travaux de thèse de Germain Antoine, qui a étudié la dynamique
des matériaux en suspension le long de l’Arc jusqu’à l’Isère (Antoine, 2006).
Dans le cadre de notre étude, les prélèvements d’eau ont été effectués toutes les 22h,
dans le but d’obtenir un échantillon d’eau composite intégré sur la même période d’échantillonnage que celles des échantillons passifs de la phase dissoute.
1. Evolutions spatiale et temporelle des concentrations particulaires en HAP
L’évolution temporelle de la concentration en HAP particulaire pour les deux sites
ainsi que de la concentration en matières en suspension est représentée sur la Figure 72. Des concentrations en MES plus élevées ont été mesurées à Pontamafrey par rapport à celles
d’Aiton. Ces concentrations en MES mesurées entre avril 2014 et avril 2016 sont
152 concentration entre le site en amont (Pontamafrey) et celui en aval (Aiton) est ainsi liée à un phénomène de sédimentation des particules entre les deux sites.
Figure 72 : Evolutions temporelles des concentrations en HAP particulaire et en MES à Pontamafrey (a) et Aiton (b).
Les concentrations en phase particulaire pour la somme des 15 HAP mesurées entre
avril 2014 et avril 2016 sont comprises entre 5,5 et 397,7 ng.gMES-1 à Pontamafrey et entre
11,2 et 226,3 ng.gMES-1 à Aiton. Le manque d’étude en vallée alpine ne permet pas de
153 Néanmoins, quelques études ont été menées en milieux urbains, les résultats sont reportés dans le Tableau 29.
Tableau 29 : Concentrations totales en HAP en phase particulaire reportées dans la littérature.
Les concentrations mesurées pour la somme des 15 HAP dans l’Arc sont faibles en
comparaison des valeurs rapportées pour les milieux urbains puisque qu’une concentration
maximale de seulement 397,7 ng.gMES-1 a été mesurée à Pontamafrey en hiver. Cette
différence s’explique notamment par la pression anthropique beaucoup plus importante dans
les milieux urbains de grandes agglomérations par rapport à celle de la vallée de la Maurienne
où le nombre d’habitant est plus faible. Les concentrations en phase particulaire les plus
élevées sur les deux sites sont du même ordre de grandeur que les plus basses concentrations rapportées dans le bassin versant de la Seine à Orgeval par Gateuille et al., en 2014, alors
qu’en hiver ils ont rapporté des concentrations 23 fois plus élevées que dans l’Arc.
Concernant l’évolution spatio-temporelle de la concentration en HAP particulaire dans
l’Arc, une différence de concentration est observée entre les sites de Pontamafrey et Aiton. Hormis pour la période hivernale de 2015 (décembre à février) où la concentration a atteint
397,7 ng.gMES-1 à Pontamafrey, les concentrations en HAP particulaires sont globalement plus
élevées à Aiton. Trois hypothèses peuvent être émises pour expliquer cette augmentation de la
concentration en HAP particulaire à Aiton : (i) la déviation de l’Isère peu apporter une eau
chargée en HAP ; (ii) le lessivage des sols et surfaces imperméables peut être plus important
sur le site d’Aiton, mais aucune corrélation n’a été retrouvée entre les précipitations, les
concentrations en MES et les concentrations en HAP particulaires. Il est également intéressant
de noter que le long de l’autoroute, des ouvrages ont été mis en place pour limiter l’impact du
lessivage des surfaces imperméables. Ces ouvrages pourraient ainsi expliquer le fait que les
précipitations n’affectent pas la rivière au niveau hydrique. En effet, plus de 40 bassins de
stockage des eaux de ruissellements sont présents le long de l’autoroute entre Aiton et
Modane. Ces bassins de décantation à ciel ouvert séparent les liquides et les solides sur le principe des différences de densités et sont équipés pour certains de déshuileur. Ils pourraient
ainsi réduire l’impact du lessivage des surfaces imperméables sur la rivière ; (ii) la dernière
hypothèse est l’apport de MES non chargée en HAP de l’Arvan entrainant un phénomène de
dilution des HAP particulaire. De plus, il est connu d’après IRSTEA et c’est ce qui a
également été observé dans cette étude, que les MES sédimentent entre les deux sites
(concentration en MES plus élevée à Pontamafrey), pouvant favoriser l’adsorption des HAP issus de l’atmosphère et/ou des lessivages des surfaces sur les particules moins nombreuses à Aiton.
Etude Lieux Année Concentration ng.g MES-1
(Budzinski et al., 1997) Gironde, France 1993 ∑17 HAP = 18,5 à 4888 (variation spatiale)
(Patrolecco et al., 2010) Tibre, Italie 2007 ∑6 HAP = 1663,1 à 15472,9 (variation spatiale)
154 Une variation saisonnière des concentrations est également observée avec des concentrations plus élevées en hiver pour les deux sites, signe de rejets plus importants de HAP à cette période. Cette tendance a également été rapportée en hiver dans le fleuve Tumen entre la Corée du Nord et la Chine (Jin et al., 2012). De plus, une nette augmentation de la concentration en HAP particulaires est observée au printemps (mai-juin et juin-juillet) pour
les deux sites. La fonte nivale semble être à l’origine de cet apport en HAP particulaires car
aucune augmentation de la concentration en MES n’a été observée à cette période. Ainsi, la
fonte nivale entraîne un apport de HAP particulaire en aval.
2. Concentrations relatives en HAP
La concentration relative moyenne de chaque HAP en phase particulaire est représentée sur la Figure 73 pour les périodes estivales et hivernales pour les deux sites étudiés (a et b).
155
Figure 73 : Concentrations relatives en HAP en phase particulaire dans l’eau de l’Arc à Pontamafrey (a) et Aiton (b) d’avril 2014 à avril 2016.
Sur les deux sites et aux deux saisons, tous les HAP sont retrouvés en phase particulaire, aussi bien des composés légers que des composés lourds. En considérant les deux sites, la même signature chimique est observée puisque les composés majoritaires sont des composés semi-volatils soit Phénanthrène, Fluoranthène et Pyrène. En revanche, la
contribution des HAP lourds (du benzo(a)anthracène à l’Indeno(1,2,3,c-d)pyrène) apparait
être un peu plus marquée en aval sur le site d’Aiton (Figure 73b). En effet, en été la concentration relative du benzo(a)anthracène, du chrysène et du benzo(b)fluoranthène est
d’environ 2,5% chacun à Pontamafrey et d’environ 7% à Aiton. La contribution des autres composés allant du benzo(k)fluoranthène à l’indéno(1,2,3,c-d)pyrène est quant à elle divisée par deux sur le site le plus en amont. En hiver, cette différence est moins marquée entre les deux sites. Concernant la variabilité intra sites, la même tendance est observée entre les deux
sites puisqu’en été le phénanthrène est le composé majoritaire, tandis qu’en hiver la
contribution des HAP les plus lourds augmente faisant diminuer celle des composés légers. Il
peut être conclu d’après ces profils chimiques que des sources supplémentaires en HAP impactent la rivière en été sur le site d’Aiton puisque la contribution des HAP lourds est différente entre les deux sites. La réinjection d’une partie du débit de l’Isère peut expliquer cette différence. De plus, les rejets hivernaux de HAP étant plus importants, ils semblent être
156
Phase dissoute : un suivi continu C.
La concentration des HAP en phase dissoute a été suivie pendant deux ans à l’aide de
feuilles de silicone sur des pas de temps d’environ 42 jours, d’amont en aval pour les trois sites d’étude. Aucune difficulté particulière n’a été rencontrée sauf pour le site de Modane. La feuille de silicone a été perdue suite à une coulée de boue durant l’été 2014, puis elle a été régulièrement sortie de l’eau par des curieux qui ne la remettaient pas en place dans la rivière.
1. Evolution spatiale et temporelle des concentrations dissoutes a. HAP
D’amont en aval (Bonneval-sur-Arc, Modane, Aiton), la Figure 74 retrace l’évolution
temporelle de la concentration en phase dissoute pour la somme des 15 HAP ainsi que
l’évolution temporelle de la température de l’air. Les concentrations en phase dissoute sont
respectivement comprises entre 0,7 et 28 ng.L-1 à Bonneval-sur-Arc, entre 2,5 et 27,4 ng.L-1 à
Modane et entre 1,2 et 99,8 ng.L-1 à Aiton. Les plus fortes concentrations ont été mesurées en
aval à Aiton ou la pression anthropique est la plus élevée. Cependant, il est difficile de comparer ces concentrations avec la littérature car les études menées en rivière sont rares et ne
se sont généralement pas intéressées aux HAP en phase dissoute. Les études s’intéressent
majoritairement aux particules en suspension et aux sédiments en milieux urbains. Toutefois,
une étude menée sur la Seine dans le bassin versant d’Orgeval (milieu rural impacté par Paris
situé à 70 km) a rapporté des concentrations moyennes en phase dissoute comprises entre 55
et 112 ng.L-1pour la somme de 13 HAP entre les mois d’octobre 2011 et avril 2012 (Gateuille
et al., 2014). Ces concentrations dans la Seine sont comparables à celles mesurées à Aiton qui
est le site de la vallée où l’influence anthropique est la plus élevée. En revanche, il n’a pas été
possible de comparer les valeurs obtenues à Bonneval-sur-Arc et Modane avec la littérature
car ces deux sites sont faiblement anthropisés et ne peuvent être comparés qu’avec des études
157
Figure 74 : Evolutions temporelles de la concentration totale en HAP en phase dissoute et de la température de l’air à Bonneval-sur-Arc (a), Modane (b) et Aiton (c).
Le suivi spatio-temporel de deux ans des concentrations en phase dissoute a permis de mettre en évidence une évolution saisonnière de la concentration pour tous les sites. En effet,
lorsque la température de l’air diminue en hiver, une augmentation de la concentration en HAP est observée dans l’eau, pouvant être liée à des concentrations atmosphériques en HAP
plus élevées en hiver. Les HAP sont principalement émis dans l’atmosphère en période
hivernale, notamment dans les vallées alpines, conduisant à une augmentation de la
concentration atmosphérique. L’augmentation hivernale de la concentration en phase dissoute
158 milieu de vallée. Ce résultat découle très certainement des problèmes rencontrés sur ce site.
Les conditions d’exposition du support de collecte ont très fréquemment variés en raison à la
fois d’une modification du lit de la rivière consécutive à une coulée de boue et aux régulations
de débit importantes mises en place par EDF. Ces éléments ajoutés à des déplacements
intentionnels du préleveur ont limité le temps d’exposition des membranes silicone sous le
niveau d’eau. La topographie du lieu n’a pas permis d’envisager un repositionnement du préleveur en raison du manque d’accessibilité sur cette partie de la rivière. Lors de l’hiver
2014, les concentrations en phase dissoute pour la somme des 15 HAP étaient comprises entre
13 et 28 ng.L-1 à Bonneval-sur-Arc alors que ces concentrations étaient comprises entre 29 et
100 ng.L-1 à Aiton pour la même période. La même tendance a été observée durant l’hiver
2015. Les apports de HAP plus élevés en aval en période hivernale peuvent être expliqués par plusieurs facteurs, comme des apports atmosphériques directs et/ou indirects plus importants dus à la pression anthropique de la vallée de la Maurienne, mais également à un apport
supplémentaire d’eau contaminée provenant de l’Isère (via la prise d’eau alimentant l’usine de
Randens). En revanche, en période estivale les concentrations en phase dissoute sont du même
ordre de grandeur entre les deux sites. Par exemple, pour l’été 2015, la concentration moyenne
en phase dissoute était de 2,2 ng.L-1 en aval et de 2,7 ng.L-1 en amont.
En plus de la période hivernale, la fonte nivale peut entrainer un apport de POP dans
les milieux aquatiques. Dans ces travaux de thèse, ce phénomène n’est pas clairement observé
en phase dissoute pour les HAP. En revanche, une concentration en phase dissoute légèrement
plus élevée a été mesurée au printemps 2015 à Bonneval-sur-Arc. Cette concentration n’a fait
que diminué par la suite, de l’été jusqu’à l’automne 2015. En aval, aucun impact de la fonte
nivale n’a été observé sur la concentration en phase dissoute. Néanmoins, il a été constaté
dans la partie précédente que la fonte nivale entraînait un apport de HAP particulaire en aval. En revanche, la concentration en MES plus importante en aval peut aussi modifier les équilibres des HAP entre les phases dissoute et particulaire. Par exemple, le transfert du phénanthrène et du pyrène particulaire vers la phase dissoute lorsque la concentration en matières en suspension diminuait lors de la fonte nivale a été précédemment rapportée (Daub
et al., 1994), le phénomène inverse est donc envisageable sur le site d’Aiton. Une
augmentation de la concentration en MES dans l’eau peut entraîner une modification de la
répartition des composés entre les phases dissoute et particulaire, et les composés auront dans
ce cas plus d’affinité pour les particules en relation avec leurs propriétés physico-chimiques
(Kow). Plusieurs études ont rapporté une augmentation de la concentration des composés
organiques dans l’eau lors de la fonte des neiges au printemps comme par exemple au Canada
(Blais et al., 2001b; Quémerais et al., 1994) et en Inde (Sharma et al., 2015) mais ces études restent rares pour les HAP. Une seule étude semble avoir observé un tel phénomène pour les HAP en phase dissoute dans la rivière Otira en Nouvelle Zélande (Shahpoury et al., 2014).
Les auteurs ont rapporté des concentrations comprises entre 5,9 et 45 pg.L-1 pour la somme de
cinq HAP (Flu, Pe, Fla, Pyr, Ret) lors de la fonte nivale. Cette concentration en phase dissoute
est faible comparée à celle de l’Arc puisque pour la somme des mêmes HAP (sans le rétène)
la concentration mesurée était de 3,5 ng.L-1 en amont à Bonneval-sur-Arc lors de la fonte
159
différent entre les deux sites puisque la rivière Otira en Nouvelle Zélande n’est sous aucune
influence anthropique.
b. PCB
Les évolutions temporelles de la somme des 7 PCBi en phase dissoute et de la