2.4 Distribution verticale des éléments rédox et spécificités des lacs

L'étude systématique des éléments rédox dans la colonne d’eau des systèmes aquatiques fournit des informations sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques qui contrôlent la mobilité et la distribution des éléments (Balistrieri et al., 1992 ; Davison 1993 ; Zaw et Chiswell et al., 1999). Le processus de transport des éléments dans la colonne d’eau est lié à l’hydrodynamique des lacs qui peut favoriser ou non le mélange des eaux et la diffusion des éléments d’une profondeur à une autre, l’activité biologique, la sorption par les sédiments et par le matériel en suspension, les échanges à l’interface eau-sédiment et par voie de conséquence les processus d’oxydo-réduction. Pour mieux comprendre ces derniers processus et également le cycle du mercure dans les lacs de la «várzea do Curuai», des prélèvements verticaux dans la colonne d’eau ont été réalisés en mars 2006, dans cinq lacs principaux, 3 d’eaux blanches, les lacs Grande (A05), Salé (A20) et Poção (A25) et 2 lacs d’eaux noires, Curumucuri (A33) et Açaí (A36).

Les lacs de la «várzea do Curuai» sont des lacs peu profonds, généralement non stratifiés, dont la profondeur maximale est d’environ 11m, et en étiage, entre novembre et décembre, les profondeurs dépassent rarement 1 m. En mars 2006, on n’observe pas de stratification thermique, ni de variation verticale significative du pH, de la conductivité et des concentrations en chlorures (Fig. III.8).

Les lacs d’eaux blanches sont très oxygénés avec des teneurs en D-O2 variantentre 60 et

100 % de la saturation. En revanche, on observe une diminution très nette de l’oxygène

dissousen profondeur dans les lacs d’eaux noires, et une augmentation des concentrations en

sulfates (SO42-) et chlorures (Cl-) avec la profondeur dans le lac Açaí (A36).

En ce qui concerne les profils verticaux de Fe, Al et Mn dissous et particulaire dans la colonne d’eau, on observe des distributions très hétérogènes et différentes pour chaque lac (Fig. III.9). Dans le lac Grande (A05), les concentrations en Fe, Al, Mn et C organique dissous (DOC) et particulaire (POC) présentent une distribution de forme concave avec des valeurs maximales à 1/3 de la colonne d’eau. Ses eaux sont bien mélangées et il reçoit des apports du fleuve Amazone ainsi que des lacs Sta Ana (A11) et Vermelho (A09). Dans le lac du Salé (A20), les valeurs maximales du Fe, Al et Mn dissous se trouvent au fond (à environ 1 m au-dessus du sédiment) alors qu’elles sont mesurées à la surface dans les eaux du Poção (A25). Les valeurs maximales du DOC dans la colonne d’eau sont associées à la production primaire dans l'épilimnion dans les lacs Grande et Poção et à l’hypolimnion dans le lac Salé. On n’observe pas de variations verticales significatives pour le Fe et l’Al en phase particulaire, dans les lacs d’eaux blanches. En revanche, les concentrations maximales en P- Mn et POC sont situées respectivement à la surface et au fond des lacs.

Dans la colonne d’eau des lacs d’eaux blanches saturés en oxygène, soit la plupart des lacs, le Fe, le Mn et l’Al se trouvent préférentiellement sous ses formes oxydées et en phase particulaire. Les principales sources des ces éléments en phase particulaire viennent de l’enrichissement en particules des eaux du fleuve Amazone en crue, dont le matériel argileux provient de l’érosion de la chaîne andine. Ces éléments peuvent également être apportés par les eaux de drainage des bassins locaux dont les sols très altérés sont enrichis en fer, aluminium et manganèse.

Figure III. 8b : Distribution verticale des paramètres physico-chimiques : température (T°C), pH,

oxygène dissous (D-O2) et des

concentrations en chlorures

(Cl-), sulfates (SO42-) et

bicarbonates (HCO3

2-

) dans la colonne d’eau des lacs d’eaux noires de la «várzea do Curuai» en mars 2006.

Figure III. 8a : Distribution verticale des paramètres physico-chimiques : température (T°C), pH,

oxygène dissous (D-O2) et

des concentrations en

chlorures (Cl-), sulfates

(SO42-) et bicarbonates

(HCO32-) dans la colonne

d’eau des lacs d’eaux blanches de la «várzea do Curuai» en mars 2006.

Comportement des éléments majeurs et redox dans la «várzea do Curuai» __________________________________________________________________________________________

Figure III.9 : Distributions verticales du fer (Fe), de l’aluminium (Al) et du manganèse (Mn) (a) dissous et (b) particulaire dans la colonne d’eau des lacs d’eaux blanches de la «várzea do Curuai» en mars 2006.

Dans les lacs d’eaux noires, la distribution verticale des concentrations en Fe, Al et Mn est également hétérogène (Fig. III.10). Dans le lac Curumucuri (A33), les concentrations maximales de Fe, Al et Mn dissous et particulaire sont mesurées à 1/3 de la colonne d’eau, comme celles du POC, tandis que les valeurs maximales du DOC sont en surface. Dans le lac Açaí (A36), les profils verticaux de Fe, Al et Mn dissous sont en opposition de phase à ceux observés dans le lac Curumucuri, avec des valeurs maximales en surface, tandis que les concentrations en DOC augmentent significativement dans la zone anoxique, proche de l’interface eau-sédiment. En phase particulaire, les valeurs maximales du Fe, Al et Mn dans le lac Açaí se trouvent à 80 cm au-dessus du sédiment. Dans ces deux lacs, on observe une augmentation du P-Mn avec la profondeur. Donc, dans les lacs d’eaux noires, le maximum du

D-O2 est associé à la production primaire dans l'épilimnion. Des particules organiques

provenant de la production primaire et secondaire autochtone stimulent l’activité microbienne produisant des conditions anoxiques à l'interface eau-sédiments.

Dans les lacs d’eaux noires, et plus particulièrement dans le lac Açaí, l’enrichissement en DOC près de l'interface eau-sédiments peut être attribuée à la décomposition naturelle de la matière organique associée aux particules récemment tombées des plantes vasculaires (Tipping and Woof, 1983 ; Hamilton-Taylor et al., 1996 ; Hongve, 1997), mais il peut aussi provenir de la dissolution des oxydes de Fe et Mn hydratés dans les sédiments sur lesquels le DOC est adsorbé. Dans ce lac, les oxydes de Mn et de Fe hydratés peuvent donc servir de capteurs d'électrons au cours de l'oxydation biologique de la matière organique conduisant ainsi à la libération de D-Fe et D-Mn dans les sédiments puis de DOC dans l’hypolimnion (Balistrieri et al., 1992). L’acidité de ces eaux (pH inférieur à 5) favorise les processus de dissolution et de désorption des élément redox dans les sédiments. Des études microscopiques

ont montré que les oxydes hydriques (OOH-) et la matière organique naturelle de haut poids

moléculaire peuvent former des structures bien définies, particulièrement dans les zones d’interface anoxique-oxique sur lesquelles les métaux trace peuvent se lier par complexation ou occlusion (Taillefer et al., 2000). Par ailleurs, l’enrichissement en P-Mn avec la profondeur dans les colonnes d’eau noire, est probablement associé à un processus de coagulation entre le D-Mn et le DOC (Allard et al., 2002 ; Karpukhin, 2006), principalement sous forme colloïdale, et qui peut favoriser la précipitation de P-Mn en conditions réductrices. Ainsi, la composition de la matière organique joue un rôle prépondérant dans la spéciation chimique de Fe et Mn.

Comportement des éléments majeurs et redox dans la «várzea do Curuai» __________________________________________________________________________________________

Figure III.10 : Distribution verticale du fer (Fe), l’aluminium (Al) et du manganèse (Mn) (a) dissous et (b) particulaire dans la colonne d’eau des lacs d’eaux noires de la «várzea do Curuai» en mars 2006.

III-3. DISTRIBUTION DES ÉLÉMENTS REDOX DANS LES SÉDIMENTS DE LA