L’étude de l’influence des contraintes climatiques et hydrologiques sur le comportement du fer et du manganèse en surface et au fond dans la retenue du barrage Smir, nous a permis d’étudier, de faire un suivi et d’analyser les différents traceurs physiques et chimiques dans ce barrage pour dégager le comportement de certains paramètres facteurs prépondérant à leurs spéciations et à leurs présences. Ces deux métaux ont deux origines, d’une part ils sont d’origine naturelle à savoir leur ralargage à partir des sédiments pendant la stratification thermique et la charge des apports en eau au niveau du bassin par l’érosion du sol sous l’influence de différentes facteurs pendant la période pluvieuse et d’autre part, ils ont d’origine anthropique par divers déversements des rejets dans l’environnement sans traitement préalable.
L’étude analytique des concentrations du Fe au fond de la retenue de ce barrage a confirmée que leurs concentrations sont supérieures à celles de surface. Elles varient entre une valeur minimale 0,04 mg/l notée le 15-06-2005 et une valeur maximale 0,71 mg/l notée le 05-10-2006. Elles dépassent la valeur guide représentant la norme marocaine 0,2 mg/l pendant les saisons d’été et d’automne de chaque année à l’exception de l’année 2007 et 2008 durant lesquelles nous avons noté une faible concentration.
Par contre, les concentrations du Fe en surface varient entre une valeur minimale de 0,02 mg/l notée le 26-05-2004 et une valeur maximale de 0,21 notée le 17-04-2008. Elles restent toujours inferieures à la valeur guide Marocaine.
Pour le manganèse, on constate la même cinétique d’évolution du fer avec cependant de particularité de sa spéciation.
Les concentrations du Mn au fond sont supérieures à celles de surface à l’exception de quelques points qui restent de l’ordre de la valeur normale. Elles varient entre une valeur minimale 0,01 mg/l notée le 23-03-2006 et une valeur maximale 3,3 mg/l notée le 12-10-2005.
De même qu’à ce niveau, elles dépassent la valeur normale pendant les saisons d’été et d’automne de chaque année à l’exception de l’année 2007 durant laquelle nous constatons une faible concentration.
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Par contre, les concentrations en surface varient entre une valeur minimale 0,01 notée le 04-02-2004 et une valeur maximale 0,11 mg/l notée le 17-04-2008
Ces résultats peuvent être expliqués par le relargage à partir du sédiment et par la charge des apports en eau au niveau du bassin par ces deux métaux pendant la période pluvieuse.
Pendant la stratification thermique, la diminution ou l’absence de la concentration de l’oxygène induit la réduction chimique du Fer et du Manganèse et leur solubilisation à partir du sédiment.
Contrairement à l’influence thermique, les apports en eau arrivées audit barrage semblent réduire la charge en Fer et en Manganèse particulièrement pendant les périodes pluvieuses. Parallèlement à ce résultat, le brassage naturel favorise l’oxydation du Fer et du Manganèse et leur adsorption causée par les interactions de Van der Waals et/ou par des interactions dipolaires entre le Fer et le Manganèse et leurs dérivés dans l’eau avec les constituants formant le sédiment au fond. Par contre, les eaux superficielles qui sont bien oxygénées, les concentrations de ces métaux restent en général faible ou nulle. Par conséquent, Ces principaux facteurs hydrologiques et climatiques importants entrainent des contraintes chimiques causant une large fluctuation saisonnière et annuelle de la concentration de ces métaux entre les eaux de surface et fond
Pour mieux cerner la contamination de l’eau du barrage de Smir, nous avons modélisé les résultats obtenues par l’ACP comme suit:
En 2004, la qualité de l’eau durant l’hiver se caractérise par un très faible enrichissement en fer et en manganèse qui passe à un automne très riche en Fe et en Mn au fond suivie par un moyen enrichissement en Fe et un fort enrichissement en Mn à la surface.
En 2005, la qualité de l’eau durant les saisons d’hiver, printemps et été se caractérisent par une faiblesse d’enrichissement en Fe et en Mn en surface et au fond. Cet état suivie d’un automne riche en Fe et en Mn en surface et au fond dans ce barrage.
En 2006, la qualité de l’eau passe d’un hiver et printemps totalement faible en Fe et en Mn vers un automne riche en Mn en surface et au fond et par le Fe
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que en fondeur. Cependant à l’intermédiaire de ces saisons, la qualité de l’eau est riche en Fe durant l’été en surface.
En 2007, la qualité de l’eau passe d’un hiver riche en Fe en surface et au fond et en Mn au fond. Cet état qualitatif passe à l’intermédiaire vers un automne très riche en Mn en surface. Portant, cette qualité passe par un printemps durant lequel la qualité de l’eau dépourvue de ces métaux vers un automne très riche en Mn à la surface.
Et en 2008, la qualité de l’eau passe d’un hiver riche en Fe en surface vers un printemps riche en Mn en surface. Ce passage qualitatif vers l’été se caractérise par un moyen enrichissement en Fe et très faible enrichissement en Mn au fond. Cette évolution qualitative se stabilise vers un automne caractérisé par un faible enrichissement en Fe au fond.
Par conséquent, la potabilisation de l’eau du barrage Smir pendant chaque année nécessite un traitement particulier et relationnel aux contraintes climatiques et hydrologiques.
Pour répondre à ces situations imprévisibles, il faut protéger, défendre et traiter la qualité de l’eau de ce barrage conformément au cadre légal régissant les normes qualitatives des barrages d’une part, et d’autre part il faut mieux cerner la contamination chimique de l’eau dudit barrage par le Fe et le Mn sous l’influence des paramètres physicochimique par un suivi des apports en eaux arrivés à la retenue de ce barrage pendant les périodes pluvieuses et un suivi du phénomène de relargage du Fe et du Mn à partir du fond pendant les périodes de stratification thermique.
FSR Page 116 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Aboueloufa M., EL Halouani H., Kharboua M. et Berrichi A. ; 2002. Caractérisation physicochimique et bactériologique des eaux usées brutes de la ville d'Oujda Canal principal et Oued Bounaîm. Actes Inst. Agron. Vet. (Maroc),
22 (3): 143–150.
Abouzaid H. et Landner L.; 1983. Cas de l'eutrophisation du lac-réservoir Sidi MohammeBen Abdellah, Rabat
APDN, Rapport d'Etat APDN (2011).
Atkinson R.J., Posner A.M., Quirk J.P.; 1967. Adsorption of potential- determining ions at the ferric oxide-aqueous electrolyte interface, J. Phys. Chem, 71, 3, p550-558.
Balzani V. et Carassiti V. ; 1970. Photochemistry of coordination compounds, Academic New-York, ch X, 172.
Bates H.G.C. et Uri N.; 1953: J. Am. Chem. Soc. Behra P. et Sigg L.; 1990: Nature.
Belbachir C. ; 1997. Contribution à l’étude de la pollution bactérienne et métallique du littoral erranéen du Maroc oriental. Cas de l’embouchure de la moulouya .
Beltrando et Chémery ; 1995. Dictionnaire du Climat. Ed. Larousse, Collection Références, ISBN 2-03-720233-4, 331 pp.
Benabdallaoui Y. et al.; 2001. Impact de l’aménagement hydraulique sur la qualité des eaux et des sédiments de l’estuaire de l’Oum Rbia Maroc
Benkelberg H.J. et Warneck P.; 1995. J. Phys. Chem.
Bernardara, P.; 2007. Hydraulique et hydrologie. Support de cours d’Hydrologie. Master ESTP, Cemagref de Lyon, France.
Bischoff J. L., Fitzpatrick J. A., Rosenbauer R. J.; 1993. J. Geol. 101 p21. Bourchich L., Bouloud A. et Foutlane A.; 2001: Eutrophisation des retenues de barrages et production d’eau potable.
Boust D. ; 1997. Rapport Seine-aval (1997) 12p
Boust D, Habert D, Rosert M, Ouddane B, Martin E, skiker M, fischer J.C., Boughriet A., Wartel M. ; 1998. Rapport Seine-Aval-Thème Dynamique des contaminants.
Bulletin Officiel ; 1995. N°4325 du 24 rabii II 1416 (20-09-95).
Bzioui, M. ; 2004. Rapport national 2004 sur les ressources en eau au Maroc. UN Water-Africa. 94pp
FSR Page 117
CNRS ; 2001. Termes généraux de la chimie : liste de termes, expressions et définitions adoptés
David R.Lide; 2004. CRC Handbook of Chemistry and Physics, Student edition.
De Laat J and Gallard H.; 1999. Catalytic decomposition of hydrogen peroxide by Fe(III) in homogeneous aqueous solution, Mechanism and kinetic modeling. Environ Sci Technol, 33, 2726-2732.
Delphine Neff ; 2003. Thèse de doctorat, Université de Technologie de Compiègne, Apport des analogues archéologiques à l’estimation des vitesses moyennes et à l’étude des mécanismes de corrosion à très long terme des aciers non alliés dans les sols.
Derwich E., Benaabidate L., Zian A., Sadki O., Belghity D.; 2010. Larhyss Journal 8 (2010) 101-112.
Driouech Fatima ; 2010. thèse de Doctorat université Toulouse. Distribution des précipitations hivernales sur le Maroc dans le cadre d’un changement climatique : descente d’échelle et incertitudes.
Driouech Fatima. ; 2006. Etude des indices de changements climatiques sur le Maroc: températures et précipitations. Direction de la Météorologie Nationale "INFOMET", Casablanca.
DUC Myriam ; 2002. Thèse de doctorat, Ecole Centrale Paris, Contribution à l’étude des mécanismes de sorption aux interfaces solide-liquide: Application aux cas des apatites et des oxy-hydroxydes.
El Abassi H. et Chakouk A.; 1994. Eutrophication, affects on potable water production. Regional Seminar on Management of Potable Water, Rabat, Morocco.
EL Agbani M.A., Dakki M. et Bournaud M.; 1992. Etude typologique du Bou Regreg Maroc, les milieux aquatiques et leurs peuplements en macro-invertébrés.
Elfil H. et Roques H.; 2004. AIChE Journal 8 (2004) 1908-1916.
Estade R.; 1988. Les causes économiques de la dégradation du milieu naturel, le cas de province d’Azilal. Séminaire National sur l’Aménagement des Bassins Versants.
Faust B.C. et Hoigné J.; 1990. Atmospheric Environment.
Fekhaoui M. et Pattee Eric Bulletin; 1993. Etude physico-chimique. Bulletin de l’Institut Scientifique, n°17.
FSR Page 118
Furrer G. et Stumm W.; 1986. The coordination chemistry of weathering: I. dissolution kinetics of δ-Al2O3 and BeO, Geochim. Cosmochim. Acta, 1986, 50, p
1847-1860.
Gallard H. ; 1998. Modélisation cinétique de la décomposition de H2O2 et de
composés organiques en milieux aqueux dilué par des procédés d’oxydation H2O2/Fe(II) et H2O2/Fe(III). Doctorat de l’Université de Poitiers, Université de
Poitiers, 16 Septembre.
Gallard H, De Laat J and Legube B.; 1999. Spectrophotometric studt of the formation of iron(III)-hydroperoxy complexes in homogeneous aqueous solutions. Wat Res, 1999, 13, 2929-2936.
Gledhill, M. and Van Den Berg M.G.C.; 1995. Marine Chemistry, 50(1-4) (1995) 51-61.
Glueck M.F. and Stockton C.W.; 2001. Reconstruction of the North Atlantic Oscillation, 1429-1983. Int. J. Climatol., 21(12), 1453-1465.
Haut Commissariat aux Eaux et Forêts et à la lutte contre la désertification; 2011. Analyses de la recherche Forestière au Maroc, Tome 40
Hem, J.D.; 1972. Chemical factors that influence the availability of iron and manganese in aqueous systems. Geol. Soc. Am. Spec. Pap., 1972,140, 17.
Herrera R.G., Puyol D.G., Martin E.H., Presa L.G., Rodriguez P.R., 2001. Influence of the North Atlantic Oscillation on the Canary Islands precipitation. J. Clim., 14(19), 3889-3903.
Ju He, Wanhong Ma, Wenjing Song, Jincai Zhao, Xinhua Qian, Shibo Zhang, Jimmy C. Yu; 2004. Photoreaction of aromatic compounds at a-FeOOH/H2O
interface in the presence of H2O2: evidence for organic-goethite surface complex
formation.
Knippertz P., Christoph M. and Speth P.; 2003. Long-term precipitation variability in Morocco and the link to the large-scale circulation in recent and future climates, Metorol. Atmos. Phys., 83, 67-88.
Laabdi M.; 1978 : Production de sédiments et perte en éléments fertilisants par érosion dans le bassin versant de Tlata.
Laouina A., Coelho C., Ritsema C., Chaker M., Nafaa R., Fenjiro I., Antari M., Ferreira A. and Van Dijck S.; 2004: Dynamique de l’eau et gestion des terres dans le contexte du changement global, dans le bassin du Bouregreg (Maroc), Sécheresse.
FSR Page 119
Manceau A.; 1995. The mechanism of anion adsorption on iron oxides: evidence for the Bonding of arsenate tetrahedra on free Fe(O,OH)6 edges,
Geochim. Cosmochim. Acta, 1995, 59, 17, p 3647-3653.
Manceau A., Nagy L., Spadini L., Ragnarsdottir K.V.; 2000. Influence of anionic layer structure of Fe-Oxyhydroxides on the structure of Cd surface complexes, J. Colloid Interface Sci., 2000, 228, p306-316.
Margaoui L.; 2003. Diagnostic d’un état de pollution organique et métallique de deux zones humides : cas de Merja et de bas Sebou.
Mestankova H, G. Mailhot, J.-F. Pilichoski, Mineralisation of Monuron photoinduced by Fe(III) in aqueous solution,2004.
Milano M.; 2009. Les Changements Climatiques en Méditerranée et les Impacts prévisibles sur les Ressources en Eau. Mémoire de Master Recherche Eau et Environnement. Université de Montpellier 2, juin 2009. 81pp.
Ministère de l’Aménagement du Territoire, de l’Urbanisme, de l’Habitat et de l’Environnement ; 2001. Etat de l’environnement du Maroc.
Ministre chargé de l’Aménagement du Territoire, de l’Eau et de l’Environnement, Secrétariat d’Etat chargé de l’eau ; 2003. Etat de la qualité des ressources en eau au Maroc.
Morrison S.R.; 1980. The solid-liquid interface, Electrochemistry at Semiconductor and oxidised metal electrodes, Plenum Press, New York, 1980, p49.
Nassali H. et all, 2002. Influence des eaux usées sur la dégradation de la qualité des eaux du lac Fouarate au maroc
Neff D., Descostes M. et Dillmann P.; 2004. Mécanismes de corrosion à long terme des aciers nonalliés. Apport des calculs de solubilité des produits de corrosion du fer à l’étude des analogues archéologiques. 2004, CEA : Saclay.p.157
Niazi Saida; 1994. Comportement Géochimique du Fer et Manganèse dans un hydro- système aménagé (Lac du barrage Mohamed Ben Abdelkrim El Khattabi: Impact sur la qualité des eaux).
Oliver B.G. et Cosgrove E.G.; 1975: Metal concentrations in the sewage, effluents
ONEP; 2003. Norme Marocaine relative à la qualité des eaux d’alimentation humaine.
FSR Page 120
Pehkonen S., Erel Y., and Hoffmann, M. R.; 1992. Simultaneous Spectrophotometric measurement of Fe(II) and Fe(III) in cloud and fogwater. Environ. Sci. Technol.
Pelletier M.; 2005. La contamination des sédiments par les toxiques. Le lac Saint-Pierre, dernière halte avant l’estuaire.
Philippe Duchaufour ; 2006. Introduction à la science du sol. Sol, végétation et Environnement.
Schäfer U.; 2004. Manganèse. In: Elements and their Compounds in the Environment. Eds. Merian, Anke, Ihnat et Stoeppler. 2ème édition, Wiley-VCH
Weinheim (D). Vol2, Metals and their Compounds, 901-930.
Schwertmann U. and Cornel R.M.; 1991. Iron Oxides in the laboratory- preparation and characterization, edition VCH 1991.
Secrétariat d’Etat chargé de l’Eau et de l’Environnement ; 2001. Direction de la Qualité des Eaux Rabat; 2000-2001. Etat de la qualité des Ressources en eau au Maroc.
Secrétariat d’Etat chargé de l’Eau et de l’Environnement; 1992. Direction de la Qualité des Eaux Rabat; 1991-1992. Etat de la qualité des Ressources en eaux, Bassin Sebou.
Sulzberger B., Laubscher H. et Karametaxas G.; 1994. Aquatic and surface Photochemistryed.
Stumm W.; 1991. Chemistry of the solid-water interface - processes at the mineral-water and particles-water interface in natural systems, Wiley - Interscience publication, John Wiley and sons, New York 1991.
Sychev A.Y and Isak V.G.; 1995. Iron compounds and the mechanisms of the Homogeneous catalysis of the activation of O2 and H2O2 and the oxidation of
organic substrates. Russian Chem Rev, 1995, 12, 1105-1129.
Tipping E., Thompson et Davison; 1984. Oxidation products of Mn in lake waters. Chemical geology.
Van Cappellen P.and Wang Y.; 1996. Am.J. Sci., 296 (1996) 197-243.
Ziyad Abdessalam, 2011. Direction de la Recherche et de la Planification de l’Eau et Plan national de lutte contre les inondations, Ministre chargé de l’Eau et de l’Environnement, Rabat.
Ward, M.N., Lamb, P.J., Portis, D.H., El Hamly, M., Sebbari, R.; 1999. Climat Variability in Northern Africa: Understanding Droughts in the Sahel and the
FSR Page 121
Maghreb. In: Navarra A (ed), Beyond El Niño: Decadal and Interdecadal Climate Variability. Springer Verlag, Berlin, pp. 119-14.
Zinder B., G. Furrer,W. Stumm, The coordination chemistry of weathering. Dissociation of Fe(III) oxides, Geochim. Cosmochim. Acta 50, 1986, 1861– 1869
Sites
www.worldlingo.com/ma/enwiki/fr/Reaction_rate http://fr.wikipedia.org/wiki/Manganese
www. Google image.rouille rivière.
www.memoireonline.com etude-degre-trophique-barrage www.savdev.org/documents/text_doc_lien12.pdf
FSR Page 122
Liste des tableaux
Tableau 1: Tableau périodique des éléments chimique (T.MANDELIEV)..18
Tableau 2: Caractéristiques physiques et chimiques du Fe………19
Tableau 3: Réactions d’oxydation du Fe2+ par divers oxydants dans l’eau.27 Tableau 4: Schéma de différentes structures complexes du Fe(III) en solution aqueuse………31
Tableau 5: Caractéristiques physiques et chimiques du manganèse……….33
Tableau 6: Réactions d’oxydation du Mn2+ par divers oxydants dans l’eau.38 Tableau 7: Conditions optimales de développement des bactéries du Fe et du Mn……….50
Tableau 8: Grille générale des eaux de surface………..61
Tableau 9: Grille simplifiée des eaux de surface………62
Tableau 10: Grille de qualité des eaux de surface utilisées pour la production de l’eau potable………..64
Tableau 11: Caractéristiques du Barrage Smir………..70
Tableau 12: Classification du climat du sous bassin de barrage Smir ……75
Tableau 13 : Apports en eau au barrage Smir en Mm3………..77
Tableau 14: Taux et volume d’envasement du barrage Smir………81
Tableau 15: Concentrations du Fe et Mn dans le barrage Smir et leurs codes saisonniers ………..…...101
Tableau 16: Taux d'inertie et valeurs propres des 4 Axes……….102
Tableau 17: Corrélations des variables avec les axes [F1] et [F2]……….103
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Liste des figures
Figure1: Diagramme énergétique qualitatif simplifié d’un composé de
coordination………..21
Figure 2: Différents états physiques du Fe en fonction de la pression et de la température………..22
Figure 3: Formes cubiques du Fe……….22
Figure 4: Cycle du Fe dans l’eau en contact avec l’air selon Behra………..25
Figure 5: Cycle du Fer dans l’eau selon Sulzberger et al……….…..26
Figure 6: Diagrammes de la prédominance des espèces du fer et leurs stabilités dans l’eau………..28
Figure 7: Transitions d-d interdites par la symétrie (spin) du Mn+2 ………34
Figure 8: le diagramme potentiel-pH simplifié du Mn………..39
Figure 9: Présentation de la Molécule de l’eau H2o à trois dimensions ………....54
Figure 10: Phases de l’état physique de l’eau………..55
Figure 11: Diagramme de phases de l’eau en fonction de température et pression Figure 12: Schéma représentative de H2O………56
Figure 13: Répartition des eaux de surface et souterraine par bassin au Maroc.57 Figure 14: Pluviométrie annuelle au Maroc calculée sur la période 1971-2000..73
Figure 15: Apports moyens hydrologiques en eaux en Mm3, enregistrés avant et après la construction du Barrage Smir………..78
Figure 16: schéma illustratif de la stratification thermique……….79
Figure 17: Variations des apports annuels en eau au barrage Smir (2004-2008)..
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Figure 19: Variations de l’oxygène dissous de l’eau du barrage Smir en surface et fond………..86 Figure 20: Variations du pH de l’eau du barrage Smir en surface et au fond…..88 Figure 21: Variations de la conductivité de l’eau du barrage Smir en surface et fond………..89 Figure 22: Variations du Titre Hydrométrique de l’eau du barrage Smir en surface et en au fond……….90 Figure 23: Variations du Titre Alcalimétrique Complet l’eau du barrage Smir en surface et au fond………92 Figure 24: Variations de la concentration du Fer dans l’eau du barrage Smir en surface et au fond………94 Figure 25: Variations de la concentration du manganèse dans l’eau du barrage Smir en surface et fond……….96 Figure 26: Valeurs propres des quatre axes et leurs Variabilités cumulées à l’inertie totale……….102 Figure 27: Cercle de corrélation des variables………104 Figure 28: Distribution des relevés des teneurs en Fe et en Mn dans le plan F1xF2 du 2004 au 2008………106 Figures 29, 30, 31, 32 et 33: Représentent la distribution saisonnière des relevés des teneurs en Fe et en Mn dans le plan F1xF2 durant les années 2004, 2005, 2006 , 2007 et 2008 respectives ………108-111
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Liste des photos
Photo 1: Formation de rouille par l’oxydation des roches submergée riche en Fe
dans une rivière au Brizil………24
Photo 2: Coloration des eaux de rivière par la formation de rouille par l’oxydation des roches ferreuses……….24
Photo 3: Extrait d’échantillons de manganèse de la nature………36
Photo 4: Barrage Smir en saison du printemps………..70
Photo 5: Barrage Smir en saison d’hiver………70
Photo 6: Inondation de la ville de Tétouan………80
Photo 7: Matériels de la spectrométrie d’absorption atomique………..83
Liste des cartes
Carte 1: Système hydrographique du sous bassin Smir………69Carte 2: Représentation Structurelle, lithologique et pédologique de la situation géologique du Bassin Versant Smir……….72
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Glossaire
*Azote : Gaz inerte, incolore et inodore, qui entre pour environ 4/5 dans la composition de l'air atmosphérique et qui, à l'état combiné, est présent dans les minéraux, sous forme de sels ammoniacaux et de nitrates, et dans les protéines des matières organiques
* Les nitrates : stade final de l’oxydation de l’azote.
* Bactérie : Etre vivant formé d’une seule cellule d’organisation très primitive, dépourvu de chlorophylle et se reproduisant par scission.
*Coliformes : Micro-organismes en bâtonnets, non sporogènes, gram négatifs, oxydase négatifs, capables de croitre en aérobie en milieu liquide lactosé avec production d’acide et de gaz en 48 heures. Ce sont de bons indicateurs de la contamination fécale d’une eau.
* Chlorophylle a : Est un pigment présent dans toutes les cellules végétales, paramètre indicateur de la densité algale.
* DBO5 : demande biochimique en oxygène est la quantité d’oxygène, exprimé en mg/L et consommée dans les conditions de l’essai pendant 5 jours pour assurer par voie biologique l’oxydation des matières organiques biodégradables présentés dans l’eau usée.