d) Chute de S(%) d’amont en aval : facteurs prépondérants
D. FACTEUR D’ENRICHISSEMENT
D. FACTEUR D’ENRICHISSEMENT
D.1. D
EFINITION DU FACTEUR D’
ENRICHISSEMENT: FE
Afin d’évaluer les origines anthropique ou naturelles des métaux trace véhiculées par nos rivières, nous avons calculé un facteur d’enrichissement (FE) par rapport à une composition moyenne de croûte (CC) continentale (Taylor and McLennan, 1985; Hofmann, 1988 ; Annexe III1 - 2). Ce facteur d’enrichissement est calculé en prenant en compte la phase totale d’un élément X dans l’eau (phase dissoute et particulaire), en se référant à l’aluminium. Cet élément est pris comme référence car il est sensé être purement d’origine crustale et d’autre part, il est normalement porté uniquement par la phase particulaire.
Certains auteurs utilisent le Fe ou le Ti mais ici, comme on vient de le démontrer, l’Al semble plus approprié car son rapport dissous/total est faible (5%), avec une grande stabilité spatio-temporelle. La formule de calcul du facteur d’enrichissement FE d’un élément X se présente alors de la façon suivante (Rhan, 1976 ; Arimoto et al., 1985 ; Roy, 1996) :
( )
Equation III1 - 4: Définition du facteur d’enrichissement crustal.
[ ] [ ] Al T,Ech
X
représente le rapport de la concentration totale de l’élément X avec celle del’Al au sein de l’échantillon, et
[ ]
le rapport de ces deux mêmes éléments au sein de la croûte continentale.Les principales caractéristiques (moyennes annuelles géométriques et pondérées, minimum, maximum, écart-type) des facteurs d’enrichissements calculés à partir de cette formule pour l’ensemble des sites échantillonnés sont retranscrits dans l’Annexe III1 - 3.
D.2. F
ACTEURS POUVANT BIAISER L’
INTERPRETATION DUFE
On admet en général qu’un élément est significativement enrichi lorsque son facteur d’enrichissement est supérieur à 10.
Toutefois, l’interprétation des valeurs de ce facteur d’enrichissement pour évaluer l’origine anthropique ou naturelle des métaux pose un certain nombre de problèmes.
Ö
L’Al est-il uniquement issu de l’érosion de la croûte et donc exclusivement d’origine naturelle ?Al est considéré par de nombreux auteurs comme essentiellement d’origine terrigène, c’est l’hypothèse de travail que nous avons choisi. Cependant, avec la présence en Midi Pyrénées de l’industrie aéronautique et des usines Saint Gobain qui utilisent et transforment de l’aluminium, son cycle naturel n’est il pas perturbé ?
Ö
Le choix de cette croûte continentale comme référence est-il judicieux ?La moitié du bassin de la Garonne est recouvert de roches carbonatées (molasse calcaire et calcaire massif). La croûte continentale moyenne silicatée choisie comme référence de toute évidence, a une composition plus proche de celle des roches silicatées des Pyrénées et du Massif Central. En plaine, sur des rivières comme le Gers et la Baïse et la Garonne aval, les roches carbonatées sont largement dominantes. N’ayant pas analysé de roches carbonatées du bassin, il ne nous est pas possible d’évaluer ce biais lié à ce changement de géologie progressif d’amont en aval. De toute évidence, cette croûte continentale silicatée ne représente pas le soubassement géologique moyen de notre bassin. Toutefois, en choisissant un FE seuil de 10, au-delà duquel on estimera que l’enrichissement est significatif, cela nous permettra de se prévaloir en partie de cet effet.
Ö
Quelle est la signification de FE pour des éléments portés par la phase aqueuse ou ayant un transport mixte, alors que l’on se réfère à un élément comme Al porté par la phase solide ?On rappelle ici l’Equation III1 - 1 de la concentration totale d’un élément X dans un échantillon d’eau :
[ ] [ ] X T = X
S × ( 1 − MES ) + [ ] X
P × MES
On peut appliquer cette équation à l’aluminium en partant de l’hypothèse qu’il est principalement présent dans le particulaire :
[ ] Al T,Ech = [ ] Al
P,Ech × MES
Le facteur d’enrichissement peut alors s’écrire de la façon suivante :
[ ] [ ]
[ ] [ ] [ ]
Equation III1 - 5 : Equation liant le facteur d’enrichissement et les MES
Cette formule montre que le facteur d’enrichissement est la somme d’un premier terme qui représente l’enrichissement de l’élément X dans les particules, d’un deuxième représenté par l’enrichissement de l’élément X dans la phase soluble pondéré d’un terme qui dépend du rapport masse de particule/masse totale (MES).
Lorsque MES tend vers 1, le FE reflète l’enrichissement des particules par rapport à la croûte continentale qui est sensée être leur matériel originel.
Lorsque MES devient très faible, et en particulier tend vers zéro, FE peut devenir grand sans que cet accroissement ne corresponde à un enrichissement réel de l’élément. Dans ce cas le FE va être fonction de la propension de l’élément à exister dans la phase dissoute (rapport [X]s,Ech /[X]cc). C’est ainsi que certains éléments extrêmement solubles (cas des ions majeurs) peuvent afficher des FE très élevés sans que cela ne corresponde à un apport anthropique quelconque. Nous verrons dans l’analyse des résultats que cet effet se fait ressentir sur des rivières très peu chargées et pour les éléments les plus solubles.
D.3. A
NALYSE DES RESULTATS DUFE
Les facteurs d’enrichissements (FE) ainsi calculés d’après l’Equation III1 - 4 et reportés dans l’Annexe III1 - 3, sont présentés dans une série de graphiques :
SPECTRE DU FE EN FONCTION DES ELEMENTS :
Sur la Figure III1 - 8 ont été reportées les moyennes annuelles des FE de chacun des 11 sites étudiés ainsi que la moyenne de l’ensemble des rivières du bassin en classant les métaux de façon à obtenir une variation monotone croissante (en se référent à la moyenne du bassin).
FE EN FONCTION DES CONCENTRATIONS TOTALES EN ALUMINIUM :
¾
FE vs [Al]T valeurs moyennes :Sur la Figure III1 - 9 ce sont les moyennes annuelles de FE vs [Al]T (concentrations totales en aluminium) qui ont été représentées pour l’ensemble des sites d’étude.
Aluminium est encore utilisé comme traceur de la phase solide, son utilisation se justifie d’autant plus du fait qu’il intervient directement dans la formule de calcul du FE.
¾
FE vs [Al]T valeurs journalières :Sur la Figure III1 - 10 et la Figure III1 - 11, nous avons reporté les valeurs instantanées (jour de prélèvement) de FE vs de [Al]T respectivement pour les sites de Muret et de Port Sainte Marie.
Figure III1 - 8 : Facteurs d’enrichissement (relativement à une moyenne crustale) (FE) moyennes annuelles des 11 sites de prélèvements du bassin de la Garonne.
Figure III1 - 9 : Facteurs d’enrichissement crustal en fonction des concentrations en aluminium total (moyennes annuelles) pour les 11 sites étudiés.
1
Ariège Pt Diable Salat Garn Roquefort Ariège Clermont le Frt
Garn Muret Garn Pt Gagnac Tarn Agout
Gers Garn Prt St Marie Baïse Bassin de la Garonne
1 10 100 1000
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Al total (µg/l)
1
Figure III1 - 10 : Facteurs d’enrichissement crustaux et débits en fonction des concentrations en aluminium total pour la Garonne à Muret.
1 10 100 1000
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Al Total (µg/l)
Figure III1 - 11 : Facteurs d’enrichissement crustaux et débits en fonction des concentrations en aluminium total pour la Garonne à Port Sainte Marie.
L’examen des résultats des facteurs d’enrichissement (FE) ainsi mis en forme, nous permet de tirer un certain nombre d’enseignements :