Contribution des retombées atmosphériques de métaux à la pollution à

Afin d’évaluer la contribution des retombées atmosphériques à la pollution à l’exutoire du bassin versant, nous avons repris l’hypothèse émise parZgheib(2009) selon laquelle le flux mesuré à l’exutoire d’un bassin versant est égal à la somme du flux atmosphérique et du flux apporté par les eaux lors de leur ruissellement (Er). La masse apportée par les eaux de ruissellement sera donc calculée par l’équation suivante :

MEr=Mexutoire−MRt (4.4)

Les masses des ETM apportées par le dépôt atmosphérique ainsi que les masses transportées dans les eaux pluviales ont été quantifiées sur une année de suivi. La contribution du dépôt atmosphérique au bilan de pollution en ETM sur le bassin versant du Pin Sec est présentée sur la figure 4.6. Nous observons que la contribution est extrêmement variable au cours du temps.

Il convient toutefois de rappeler que, du fait des faibles concentrations de certains éléments (Cr, Ni, Cd, As, V), ces résultats doivent être considérées avec précaution.

En effet, au mois de septembre la contribution moyenne de tous les ETM est de 11 % avec une contribution de 33 % pour le nickel, suivi du chrome (11 %) et du cuivre (10 %) les autres ETM contribuent à moins de 10% à la pollution des eaux pluviales.

Au mois d’octobre la contribution moyenne est plus élevée (26%), le dépôt atmosphérique de chrome contribue majoritairement (53 %) mais il est à noter que cet élément est très faiblement concentré dans les différents compartiments identifiés, il est donc très difficile d’établir un bilan de pollution. En revanche, pour le dépôt atmosphérique de nickel (45 %) et de cuivre (28%) la contribution atmosphérique est plus importante que pour les autres éléments (10 % en moyenne).

Le mois de novembre 2010 reste similaire en termes de contribution atmosphérique avec une contribution moyenne d’environ 26% tandis que le chrome contribue fortement à la pollution à l’exutoire (90 %). Le dépôt de nickel reste toujours du même ordre de grandeur (44%).

Au mois de décembre, la contribution du dépôt atmosphérique voisine de 7 %, est beaucoup plus faible que les autres mois, surtout pour le chrome. On retrouve, par ordre d’importance décroissante le nickel (17 %), le cuivre (12 %), les autre ETM ont une contribution inférieure à 10 % et l’arsenic inférieure à 1%.

La contribution du dépôt atmosphérique augmente ensuite pour atteindre un maximum au mois de mars (38%). L’apport de nickel par l’atmosphère est important (64 %), il en est de même pour le cuivre (49 %), le vanadium (48 %) et le chrome (45%). Les apports en zinc sont de 27

%. La même tendance se confirme au mois d’avril ; il est à noter cependant que la contribution du chrome n’a pas évolué de manière constante entre le mois de janvier et avril. Les variations sont fortes et aléatoires d’un mois à l’autre, mais aucune explication n’a pu être mise en avant.

La contribution de l’apport atmosphérique en mai est de 22 %, avec toutefois un apport en nickel important (64 %). Elle est minimale au mois de juin (9 %).

La contribution atmosphérique remonte au mois de juillet (29 %) en particulier pour le nickel (93%).

Au mois d’août la contribution atmosphérique des ETM (10 %) revient à un niveau semblable à celui du mois de septembre 2010 (11%).

Ces fortes variations mensuelles peuvent avoir différentes explications. Tout d’abord les flux atmosphériques métalliques ont fortement varié d’un mois à l’autre, en effet nous avons vu dans le chapitre 3 que les concentrations des métaux dans les PM₁₀ variaient fortement d’un mois à l’autre en fonction de certains paramètres météorologiques (humidité relative, teneur en parti-cules, températures). Cependant nous avons vu également que tous les ETM ne dépendent pas de la même façon de ces paramètres, en effet le taux de précipitation ne semble pas influencer les flux de dépôt de certains métaux, en revanche pour d’autres éléments comme le vanadium et le nickel il se peut que la pluie puisse engendrer des flux de retombées humides plus importants.

On voit par exemple au mois de novembre 2010, qui a été très pluvieux (168 mm), que la contri-bution des apports atmosphériques est très importante en revanche celle ci l’est beaucoup moins au mois de décembre qui est beaucoup moins pluvieux (101 mm). Il se peut que la pluviométrie importante du mois de novembre ait lessivé toute la masse de polluants apportée par le dépôt atmosphérique, engendrant une diminution des masses apportées par dépôt atmosphérique sur les surfaces et augmentant la part des métaux issus du relargage des surfaces. De ce fait, la contribution des eaux de ruissellement est beaucoup plus importante et les métaux que l’on re-trouve à l’exutoire sont essentiellement issus du relargage des matériaux présents sur les surfaces urbaines (Zgheib,2009).

Le printemps exceptionnellement sec a favorisé un apport du dépôt sec et des faibles masses d’ETM transportées à l’exutoire, ce qui explique la forte contribution de l’atmosphère. La plu-viométrie devenant plus importante à partir du mois de mai permet le lessivage des masses d’ETM apportées par dépôt sec sur les mois précédents.

En revanche le nickel présente des contributions atmosphériques fortes et variables au cours du temps, Lamprea(2009) avait montré que dans les eaux de ruissellement des surfaces imper-méables cet élément est très faiblement présent, dans notre étude il est également très faiblement présent dans l’atmosphère et est apporté principalement par dépôt humide. Les faibles masses apportées par le dépôt atmosphérique et par les eaux de ruissellement peuvent expliquer que pour cet élément nous ayons des contributions élevées. Soulignons cependant une nouvelle fois

que les concentrations mesurées pour certains métaux sont très faibles et doivent nous inciter à considérer les résultats et hypothèses formulées avec prudence.

Figure4.6: Contribution mensuelle des retombées atmosphériques à la pollution en ETM dans le réseau d’eaux pluviales

Nous avons ensuite estimé la contribution relative de l’atmosphère et des eaux de ruissel-lement à la pollution des eaux pluviales à l’exutoire du bassin versant du Pin Sec à l’échelle annuelle ; ce bilan est présenté sur la figure 4.7. Comme nous l’avons vu précédemment, le nickel est l’élément pour lequel la contribution atmosphérique est la plus importante (33 %), suivi par ordre décroissant par le chrome (25 %), le cuivre (18 %), le zinc (12 %), le vanadium (11 %) et enfin l’arsenic (1 %). Le cadmium doit être considéré avec beaucoup de précautions car cet élément a souvent été proche des limites de quantification ce qui rend l’établissement des bilans de masse très incertain.

Les contributions atmosphériques déterminées dans notre étude sont toutes inférieures à celles calculées précédemment parLamprea(2009). En effet, les valeurs estimées précédemment étaient : Zn 74 % ; Cd 84 % ; Cu 42% ; Ni 38% ; Pb 10 %. Rappelons que ces résultats ont été obtenus par des méthodes très différentes. Il est possible que le dispositif utilisé par Lamprea (2009) et qui ne prend en compte qu’un seul type de surface (cône en plastique) ait surestimé les masses déposées. Il est maintenant avéré que le dépôt mesuré par l’intermédiaire de bacs et de cônes en plastique n’est pas représentatif du dépôt sur des surfaces urbaines. En effet, nous avons montré dans le chapitre 3 que les flux de dépôt sec variaient fortement d’une surface à une autre ; ne prendre en compte qu’un seul type de surface peut influencer de manière significative le bilan global de pollution.

La contribution des eaux de ruissellement a été estimée par différence entre la pollution à l’exu-toire du bassin versant urbain et l’apport atmosphérique, il est évident qu’il s’agit ici d’une approximation. La contribution des eaux de ruissellement est plus complexe que cela et il faut, afin d’avoir une meilleure approche, évaluer les polluants dans les fractions dissoutes et

parti-culaires ce qui, rappelons le, n’a pu être fait dans notre étude pour des raisons de conservation des échantillons (cf. chapitre2).Lamprea(2009) avait notamment montré en comparant les eaux de ruissellement de surfaces imperméables et les retombées atmosphériques que la présence du chrome dans les eaux de ruissellement était exclusivement dûe aux apports atmosphériques. Ceci n’était pas observé à l’exutoire du réseau d’eaux pluviales, ce phénomène s’expliquant par la pré-sence majoritaire du chrome en phase particulaire, pouvant favoriser la rétention et le stockage sur les surfaces imperméables et donc limiter le transfert à l’exutoire.

(a) Contribution Zn (b) Contribution Cu (c) Contribution Pb

(d) Contribution Cr (e) Contribution Ni (f) Contribution V

(g) Contribution Cd (h) Contribution As

Figure 4.7: Contributions annuelles des retombées atmosphériques totales et des eaux de ruis-sellement à la pollution des eaux pluviales

Sur l’année on voit que la contribution atmosphérique de chaque ETM est différente ce qui s’explique majoritairement par leurs sources différentes. Le zinc et le cuivre provenant principa-lement des processus d’abrasion (usure de freins, des pneumatiques) auront tendance à émettre dans l’atmosphère des particules grossières qui auront des vitesses de dépôt élevées favorisant un dépôt rapide à proximité des sources (chaussées et voiries). De plus, la corrosion des toitures et des gouttières (Becouze, 2010), peuvent expliquer la forte proportion de ces éléments dans les eaux de ruissellement. Le plomb n’est quant à lui plus présent dans les carburants, on peut donc conclure que ce dernier provient principalement du relargage dans les eaux de ruissellement

des peintures de murs et des câbles et autres joints de conduite (Becouze,2010). Le vanadium d’avantage présent dans les eaux de ruissellements peut provenir également de fuite de carbu-rants ponctuelles sur les chaussées.

En revanche pour les autres ETM, les contributions atmosphériques sont plus fortes par rapport aux eaux de ruissellements sur l’année. Sur ce même bassin, Lamprea(2009) avait déjà montré que les surfaces imperméables étaient peu chargées en nickel, chrome cuivre et cadmium ce qui expliquerait la plus forte contribution de l’apport atmosphérique.

Comme le rappelleLamprea(2009), il ne faut pas oublier que l’approche des flux de polluants à l’échelle d’un bassin versant reste une approche grossière et doit être considérée avec précaution.

Il faut rappeler que "les réseaux d’assainissement ne sont pas seulement un système de transport des effluents, mais ils constituent un réacteur physique, chimique et biologique qui conditionne la qualité et les caractéristiques des effluents" (Chebbo et Gromaire,2004).

De plus, dans l’approche que nous avons faite pour l’estimation des bilans, une part impor-tante des masses de polluants n’est pas prise en compte. En effet nous avons fait l’hypothèse que le dépôt sur les surfaces enherbées n’est pas lessivé, pourtant celles ci représentent près de la moitié de la surface du bassin versant du Pin Sec. Les particules peuvent s’infiltrer soit dans la nappe, soit rester stockées dans le sol, soit lorsque le sol est saturé, ruisseler en surface pour ensuite se déverser dans le réseau d’eaux pluviales. Dans ce dernier cas (sol saturé) il y a bien une contribution de l’herbe, mais rappelons nous n’avons pas observé de saturation du sol lors de notre année de suivi.