a.ii Variations mensuelles

Comme le rapporte l’étude d’Elbaz-Poulichet et al. (2005), les facteurs potentiels de contrôle de la dynamique des métaux traces restent peu connus aujourd’hui et ils sont le plus souvent concomitants donc peuvent se surimposer (processus hydrologiques, d’oxydo-réduction et biologiques). Les trois mécanismes principaux évoqués par Sherell et Ross (1999) concernant cette dynamique des ETM dans les systèmes aquatiques terrestres sont : les changements de conditions hydrologiques, les apports dus aux activités humaines et les échanges entre le sédiment et l’eau surnageante. A cela peut également s’ajouter les échanges entre la nappe affleurante et la rivière au niveau de la couche hyporhéique.

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La Figure 24 présente les teneurs en Cu, Pb et Zn au cours du suivi de l’année 2014. A l’échelle de notre observation du système, il apparaît que les valeurs minimales en cuivre relevées dans La Marque mais également dans les eaux souterraines, se situent autour de 0,8 µg L-1, concentration en dessous de laquelle il sera difficile de descendre à court terme. Les mois d’août et de janvier présentent des teneurs en Cu nettement plus fortes que pour le reste du suivi avec respectivement des valeurs de 2,0 et 4,7 µg L-1. En ce qui concerne le plomb, la teneur minimale actuelle se situe autour de 0,15 µg L-1, avec des valeurs nettement plus élevées en juillet (0,81 µg L-1), et janvier 2015 (0,39 µg L-1), et dans une moindre mesure en août (0,33 µg L-1).

Figure 24. Concentrations mensuelles en Cu, Pb et Zn, dans La Marque à la station amont (LM1). Les valeurs du débit journalier de La Marque lors des prélèvements sont également représentées. Les concentrations moyennes mesurées dans les piézomètres (ETM_sout), à proximité de La Marque sont également indiquées (moyennes des concentrations de 11 piézomètres). Les barres d’erreurs de 10 % représentent l’écart type estimé à partir d’un prélèvement d’eau réalisé trois fois.

Les valeurs maximales de Cu et Pb sont atteintes en juillet-août et en janvier, lors de périodes de hauts débits définies de juin à août (moyenne de 1,6 m3 s-1 avec un maximum en juillet de 2,1 m3 s-1) et en janvier (2,0 m3 s-1). De plus, ces mois sont également caractérisés par de fortes pluies cumulées sur les 48 h précédant le prélèvement (de 20 mm en juillet, 23 mm en août et 13 mm en janvier). Au contraire, les faibles teneurs en Cu et Pb assimilées à un « bruit de fond actuel » (de février à juin et de septembre à décembre), sont mesurées lors de périodes de basses-eaux (débit moyen de 0,6 m3 s-1 sur cette période). La relation observable sur la Figure 24 entre les concentrations en Cu et Pb et le débit journalier est d’ailleurs confirmée par un coefficient de

Concen tr ati ons en Cu et Zn (µ g L -1) Conc en tr ati ons en Pb (µ g L -1) Déb it (m 3s -1)

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Pearson de 0,68 pour Cu et 0,73 pour Pb (Rcritique = 0,60 pour 13 valeurs). Les augmentations de

concentrations en fonction du débit suggèrent des apports diffus au milieu, par temps de pluie, sans que l’on observe d’effet de dilution à notre échelle d’observation. Toujours en considérant les valeurs des coefficients de Pearson, le plomb est corrélé avec les phosphates (R = 0,72) et corrélé négativement avec le pH (R= - 0,65). Ces observations laissent à penser que le plomb et les phosphates ont une source commune ou qu’il existerait un processus de (co)précipitation lorsque les valeurs du pH augmentent. Ces hypothèses n’excluent pas non plus des processus de sorption indépendants pour le plomb et les phosphates avec d’autres phases porteuses, comme les oxy-hydroxydes ou les carbonates par exemple. Des modélisations complémentaires sur Visual MinteQ par exemple permettraient peut-être d’aller plus loin sur ces hypothèses.

D’autre part, Elbaz-Poulichet et al. (2006) ont montré que l’arsenic dissous et les phosphates avaient un comportement similaire. Cette corrélation a été à interprétée comme un pompage par le phytoplancton de ces deux éléments au printemps et à un relargage dû à la minéralisation de la MO en été. Si l’on regarde l’évolution du Pb sur cette période, cette explication de pompe biologique pourrait également être une hypothèse crédible. Ce contrôle de la dynamique des ETM par l’activité phytoplanctonique a aussi été montré dans la rivière Po en Italie par Pettine et al. (1994), par des corrélations positives trouvées entre les phosphates et les ETM (RCu = 0,53 ;

RZn = 0,80 et RPb = 0,67). Dans notre cas, seul le plomb est corrélé significativement aux PO43-,

ce qui peut laisser supposer que d’autres phénomènes d’interactions contrôlent également la dynamique des ETM.

Pour le zinc, il semble y avoir une valeur basse de concentration à 3,3 µg L-1 entre mai et décembre. Les mois où les températures sont faibles (de janvier à avril) s’accompagnent de fortes valeurs avec une moyenne de 6,8 µg L-1 et un maximum de 7,7 µg L-1 enregistré en janvier 2015. Un autre maximum ponctuel est mesuré en octobre avec 6,1 µg L-1. Généralement, les fortes valeurs de Zn sont relevées en période de basses-eaux où le débit moyen est égal 0,54 m3 s-1. Cette observation est néanmoins à nuancer car : (i) toutes les périodes de basses-eaux ne sont pas caractérisées par de fortes valeurs en Zn (voir Figure 24, octobre-décembre) ; et (ii) en janvier 2015 où la concentration en Zn est maximale, un fort débit de 2,0 m3 s-1 est enregistré, accompagné d’une pluviométrie de 13 mm cumulée sur les 48 h précédant le prélèvement. D’un point de vue statistique, le zinc ne présente pas de corrélation linéaire significative avec le débit,

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la pluviométrie ou aucun autre des paramètres mesurés, au vu des coefficients de Pearson dont les valeurs sont inférieures au Rcritique. Cela indique que la dynamique de ce paramètre est complexe,

et qu’à notre échelle temporelle de mesure, il n’est peut-être pas possible d’expliquer son comportement. Par ailleurs, il est à noter que les fortes concentrations relevées en janvier pour le cuivre, le plomb et le zinc ne concernent pas uniquement ces paramètres mais également les nutriments (NO3-, NH4+ et PO43-). Il est donc peu probable que ces maximums soient liés à une

pollution lors du prélèvement et mettent donc en évidence un phénomène particulier en condition de fort débit et avec une pluie importante, cumulée sur les 48 h précédant le prélèvement.

Les valeurs de concentration du « bruit de fond actuel» pour les trois métaux ont été comparées à celles présentes dans les eaux souterraines proches de notre site d’étude. Les valeurs moyennes (sur la base de 11 piézomètres échantillonnés) sont pour Pb, Cu et Zn de 0,22 µg L-1, 1,3 µg L-1 et 6,6 µg L-1, respectivement. Ces teneurs correspondent aux valeurs de concentrations basses dans La Marque ce qui indiquerait qu’elles représentent une sorte de fond géochimique qu’il sera difficile de faire baisser (Figure 24). Il peut en effet être question d’une concentration « naturelle » liée à la composition des roches sédimentaires, ou une contamination passée diffuse sur laquelle il est difficile d’agir, ou bien encore, d’alimentation partielle de la rivière par la nappe faiblement contaminée. Ce dernier point n’est pas totalement à exclure, mais il est néanmoins reconnu que La Marque est largement alimentée par les pluies.

Bien que ce suivi mensuel ait permis d’expliquer en partie le comportement de ces trois métaux dans La Marque, nous avons voulu montrer pour terminer cette partie, toute la pertinence d’utiliser ici encore la mesure haute-fréquence. Des données illustratives enregistrées par M. Pierre-Jean Superville lors du projet OPUR sur le site aval (Hempempont) sont présentées Figure 25. Elle montre l’évolution des teneurs en zinc lixiviable à pH acide (suivi haute-fréquence par voltampérométrie sur eau non filtrée), ainsi que les concentrations totales en zinc dissous (prélèvement manuel ou à l’aide d’un préleveur filtreur automatique). Ces deux séries de données sont très similaires ce qui suggère que le zinc est principalement présent sous forme dissoute dans la rivière. Les données pluviométriques sont également représentées.

Le premier point important est la variabilité de la mesure à l’échelle du mois, avec des concentrations variant entre 5 et 30 µg L-1. Cette fluctuation est également visible à l’échelle de la journée, par exemple lors de l’orage du 27 juin 2014 où les teneurs en zinc ont augmentées

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en quelques heures. Par temps sec, par exemple entre le 15 et le 23 juillet, des variations journalières non négligeables sont également observables avec des augmentations en journée, suivies de diminutions la nuit. Ces variations sont relativement bien corrélées aux concentrations en potassium (R = 0,70 ; Rcritique = 0,26 ; 81 valeurs) et sodium (0,66; Rcritique =

0,26 ; 81 valeurs), avec une période de prélèvements de 2 à 6 h. Les variations de concentrations de ces cations et du Zn au point aval de la zone d’étude sur La Marque sont liées au rejet de la STEU de Villeneuve d’Ascq, du moins par temps sec.

Figure 25. Evolution des concentrations en zinc lixiviable à pH acide mesuré par voltampérométrie, en zinc dissous et de la pluviométrie sur La Marque en aval de la STEU à Hempempont.