métaux lourds et des terres rares (REE) dans les eaux de surface
III.4.4 Contrôle hydrologique sur la compositions des eaux de surface
La diminution drastique des précipitations pendant la saison sèche (Fig. III.3) entraîne une réduction des débits des cours d’eau significative (Tab. III.XIV) pendant l’hiver. Ce changement hydrologique majeur se reflète dans la composition chimique des eaux de façon différente selon le type d’éléments : majeurs, métaux lourds et traces (Sc, REE).
III.4.4.1 Variation saisonnière des éléments majeurs dans les eaux de surface
La diminution des précipitations pendant la saison sèche (Fig. III.3), associée à l’action du gel, entraîne une concentration des solutés dans les eaux (TDS) plus importante (Tab. III.I). Cet effet est particulièrement évident dans le bassin supérieur et dans les eaux de surface du secteur de Milluni Chico. Sur la figure III.35 (notez l’échelle log-log), on peut observer les augmentations significatives des concentrations en fer et en sulfates pendant la saison sèche (DS). Toutefois, les concentrations en fer sont moins élevées que celles de sulfates, probablement en raison : (i) de la séquestration du fer par les oxyhydroxides de fer (Fig. III.13i et Fig. III.29) ; (ii) de la dissolution des sulfures autre que la pyrite (p. e. : sphalérite, Eq. III.3 ; galène Eq. III.13) ; (iii) d’un comportement plus conservatif des sulfates (Bencala et Ortiz, 1999).
La variation saisonnière de la concentration en silice dissoute illustre également l’importance du rôle hydrologique dans la composition géochimique des eaux de surface (Tab. III.II). En effet, la silice présente une variation de concentrations de deux ordres de grandeur plus importante lors du passage de la saison hivernale sèche à la saison estivale humide. Cette tendance est contraire à la loi de dilution par les eaux météoriques appauvries en silice. Ainsi, il semble que les températures légèrement plus élevées et les fortes précipitations estivales (Fig. III.3) favorisent l’altération météorique des silicates comme évoqué par White et al.(1999). Toutefois, étant donné que la variation des quantités précipitées est beaucoup plus importante que celles des températures, il est évident que le débit reste le principal facteur de contrôle de l’altération des silicates dans le Val de Milluni.
Enfin, le carbone organique dissous (COD) présente une augmentation de concentration lors du passage de la saison humide à la saison sèche, notamment pour les secteurs non contaminés comme ceux de Pata Kkota (amont du bassin), les eaux non contaminées de Milluni Chico (M7), ainsi que pour la plupart des tourbières (Fig. III.2).
III.4.4.2 Variation saisonnière des métaux lourds et Sc dans les eaux de surface
La plupart de métaux lourds présents dans les eaux de surface de la vallée sont produits par la dissolution des sulfures. L’eau est le principal agent de la météorisation et le vecteur du transport des métaux hors de la mine vers l’aval. C’est pourquoi, à l’exception du Zn dans les eaux de surface contaminées, des concentrations plus élevées en métaux ont été observées pendant la saison des pluies
Thèse de Doctorat de l’Université Toulouse III – Matías M. Salvarredy Aranguren 157 dans les eaux de surface de tout le bassin (Tab. III.III), particulièrement pour Mn, Cu, Cd et Pb. Cette tendance est notablement accentuée pour As, d’au moins 10 fois, dans les eaux des effluents miniers (M1, M4). Toutefois, deux échantillons situés dans le secteur de Milluni Chico (M6, M8) présentent des concentrations en As plus élevées pendant la saison sèche. Cette différence dans le comportement des concentrations en ces points d’échantillonnage pourrait s’expliquer par : (i) une évaporation majeure produite par les très faibles débits (M6 présente un très faible débit, voir Tab. III.XIV) ; (ii) la faible pente de la zone, qui favorise la présence des eaux peu profondes dans les cours d’eau ainsi que dans le lac de Milluni Chico (M8) qui aident également à une évaporation majeure ; (iii) enfin, une éventuelle contribution d’eaux interstitielles des sédiments beaucoup plus chargées que les eaux de surface.
Le facteur d’enrichissement (FE) en As est significativement plus élevé pendant la saison humide, à l’exception des effluents miniers (Fig. III.36). Cela semble contradictoire avec la tendance observée pour les concentrations, mais cela peut s’expliquer par un contrôle hydrologique plus important des concentrations en Sc qu’en As (§ II.3.1.1 et III.4.3). Sc est principalement produit par altération météorique des silicates et des phosphates (Barthelmy, 2005). L’altération préférentielle des silicates pendant la saison humide entraîne une concentration plus élevée en scandium, par rapport à As. Ceci est très claire pour les facteurs d’enrichissement calculés pour J9, G9 et G8 (Fig. III.36).
Contrairement à As, les concentrations en Zn ainsi que les valeurs de FE sont plus élevées pendant la saison humide dans le secteur minier. Une relation négative entre le débit et les teneurs en Zn a été aussi observée dans les eaux d’Iron Mountain aux Etats Unis (Alpers et al., 2003). L’oxydation de la sphalérite, principale source de Zn n’est pas strictement dépendante de l’eau (Eq. III.3), à la différence de la pyrite et de l’arsénopyrite (Eq. III.8 et III.2, respectivement). Le contrôle préférentiel des autres métaux par les oxydes et les sulfates (Alpers et al., 2003 ; Craw et al., 2003) pourrait expliquer leur comportement contrasté par rapport au Zn pendant la saison sèche.
III.4.4.3 Variation saisonnière des REE dans les eaux de surface
Comme le scandium, les REE ont pour origine l’altération des silicates et des phosphates (Bea, 1996), et reflètent le même type de tendance que le scandium et la silice (Tab. III.IV) dans les eaux non contaminées et légèrement contaminées. Les effluents miniers (M1, M4) et les eaux de surface (M8, G8) n’ont pas montré de fortes variations en teneur de REE avec les conditions hydrologiques (Fig. III.5), mais en revanche ils présentent en général un enrichissement en MREE et HREE pendant la saison sèche. Pendant la période sèche, seulement le cours d’eau drainant les déchets miniers (M6, Tab. III.IV) a présenté une augmentation significative de toute la série des REE.
Les enrichissements en MREE et HREE dans les eaux contaminées pendant la saison sèche pourraient s’expliquer par une contribution des eaux interstitielles des déchets miniers et des sédiments contaminés, très abondantes dans ce secteur. Ces déchets miniers et sédiments sont riches en oxyhydroxides de fer (Fig. III.13i ; Fig. III.15b) et ces fractions minérales montrent un enrichissement particulier en MREE et HREE (Fig. III.25 et III.40) qui pourrait être à l’origine de cette variation mineure de profils de REE des eaux.
III.4.4.4 Synthèse sur la variation saisonnière de la composition des eaux de surface
Les différents éléments chimiques des eaux de surface du bassin subissent un contrôle important par les conditions hydrologiques, mais pas de façon uniforme en terme d’effets. Par exemple, le secteur de Milluni Chico (M6, M8) a subi une évaporation importante pendant la saison sèche comme en témoigne l’augmentation de la concentration dans la phase dissoute de plusieurs éléments (majeurs, Zn, As, REE). Un comportement contrasté entre les eaux en amont et en aval de la mine est observé pour Zn et REE. En revanche, les éléments majeurs et la plupart des métaux lourds présentent un comportement analogue le long du bassin, les premiers étant dilués et les seconds concentrés pendant la saison humide.