3. Analyses physico chimiques des échantillons
1.1. Correction de la fraction marine
1.2.3. Interprétations des classes de stations
Le dendogramme (Figure IV-1.1), issu de la classification automatique des concentrations moyennes pondérées, non corrigées et corrigées de la fraction marine (non-sea-salt) et les graphiques en étoile des onze stations du dispositif MERA indiquent la présence de 3 classes distinctes et de 2 stations isolées.
1.2.3.1. Classe 1 : La Crouzille, Morvan, Bonnevaux et Iraty
Les stations de Morvan, La Crouzille et Bonnevaux sont les premières stations à former un agrégat.
Leurs profils chimiques se caractérisent surtout par une composante NH4 +
élevée. La station de La Crouzille et la station du Morvan ont des profils chimiques très ressemblants.Ces deux stations sont sous l’influence des mêmes masses d’air provenant de l’ouest et du nord du territoire et elles présentent les mêmes caractéristiques géographiques et topographiques. Le profil de Bonnevaux se distingue des deux précédents par des taux en nss-Ca2+ et nss-Mg2+ plus élevés donc dans cette station d’autres sources influencent la composition chimique des précipitations. Bonnevaux est une station de plateau (836 m) dans l’est du territoire et ces taux élevés en calcium et magnésium sont à mettre en parallèle avec la présence des formes CaCO3 et MgCO3 (dolomite CaCO3.MgCO3) et de roches
marneuses dans cette région (Sisterson, 1989 ; Fillion et al., 1999). La station d’Iraty se lie au groupe
dans un second temps. Son profil présente un taux en ammonium élevé mais il diffère des deux premières stations principalement par des taux en ions Ca2+ très élevés et des taux en ions nss-SO4
2-
assez importants. Iraty est une station de haute altitude (1300 m) du Sud-ouest de la France sous influence océanique. Cette classe regroupe donc les stations de la moitié Ouest du territoire.
1.2.3.2. Classe 2 : Donon, Revin et Brotonne
Les profils chimiques des stations du Donon et de Revin se caractérisent par des taux en ions H+ très élevés. Le profil de la station Revin présente des concentrations en nitrates plus importantes que pour la station du Donon. Les autres ions majoritaires présentent de faibles concentrations dans ces deux stations. Cette classe regroupe donc les deux stations du quart Nord-est de la France. La station de
Brotonne se lie au groupe dans un second temps. Son profil diffère des deux précédents par des
concentrations en ions ammonium plus élevées. Cette station du Nord-ouest semble être intermédiaire entre la classe 1 et la classe 2 du fait des taux élevés en ions H+ (Nord) et NH4
+
(moitié Ouest du territoire). Le caractère acide de ces sites est causé par les masses d’air provenant des pays du Nord et du Nord-est de l’Europe. Les concentrations en composés acidifiants les plus élevées sont rencontrées dans la partie Nord du territoire : régions sous l’influence directe des masses d’air provenant des pays émetteurs de dioxyde de soufre : Royaume-Uni, Benelux, Mer du Nord (Charron et al., 1999 ;
Plaisance et al., 1996) et ceci est observable sur les cartes des flux transfrontaliers en SO2 (Annexe 5)
donnant les dépositions en SO2 sur le territoire français. La classe 2 regroupe donc les stations de
l’extrême Nord du territoire.
1.2.3.3. Classe 3 : Montandon et Peyrusse-Vieille
Les stations de Montandon et de Peyrusse-Vieille forment un seul groupe. Leurs profils chimiques
sont caractérisés par des taux en ions H+ et NO3 -
La Crouzille 1 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl- Morvan 1 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl- Bonnevaux 1 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl- Iraty 1 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl- Donon 2 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl- Revin 2 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl- Brotonne 2 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl- Peyrusse Vieille 3 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl- Montandon 3 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl-
Le Casset 4 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl- La Hague 5 H+ nss-SO4= NO3- nss-Ca2+ nss-Mg2+ nss-K+ NH4+ Na+ Cl-
Figure IV-1.2 : Diagrammes en étoile pour chacune des stations du dispositif MERA obtenus à partir des concentrations corrigées de la fraction marine moyennées sur la période 1990-2003.
La station de Peyrusse-Vieille se distingue par des concentrations en nss-Ca2+ assez importantes par rapport à celles rencontrées à la station de Montandon. Il est bon de rappeler que la mise en fonctionnement de ces deux stations est assez récente par rapport aux autres stations du dispositif. En effet, la station de Peyrusse-Vieille a été mise en service en 1995 et celle de Montandon en 1998. Donc, il se peut que ces deux stations forment un groupe du fait de la similitude de leur période d’étude.
1.2.3.4. Classes 4 et 5 : Le Casset et La Hague
La classe 4 est constituée de la station de haute altitude du Casset (1750 m) qui présente des taux en
ions nss-Ca2+ très élevés et de faibles concentrations de tous les autres ions majoritaires. Cette station est très peu influencée par les masses d’air provenant de régions émettrices du fait de ses caractéristiques orographiques (Charron et al., 1999 ; Plaisance et al., 1996), c’est un site très peu
soumis aux apports anthropiques. Cette station éloignée, isolée dans l’extrême Sud-est de la France est une zone à faible activité humaine. Ces taux élevés en calcium sont à mettre en parallèle avec la présence des formes CaCO3 et MgCO3 (dolomite CaCO3.MgCO3) et de roches marneuses dans cette
région (Fillion et al., 1999). Comme nous le montrerons au cours du Chapitre V-3, cette station est de
plus en plus sous influence des masses d’air provenant du Sahara (poussières sahariennes)engendrant l’apport d’ions Ca2+ caractéristiques de la région méditerranéenne (Loye-Pilot et Morelli, 1988). La classe 5 est constituée de la seule station de La Hague, station située à moins de 300 m du bord de la
mer. Son profil chimique est « atypique », différent de ceux des autres stations du dispositif MERA. Il présente de forts taux en Na+, Cl-, nss-SO4
2-
, NO3 -
, nss-Mg2+ et nss-K+. Son profil est « inverse » des autres. Cette station n’est pas uniquement sous influence marine mais aussi sous influence anthropique.
1.3. Conclusions
La classification automatique a permis de définir 3 classes distinctes et 2 stations isolées au sein du dispositif MERA et de déterminer des profils chimiques des stations :
▫ L’ion H+ domine les profils chimiques des stations du Nord,
▫ L’ion NH4+ domine les profils chimiques des stations de la moitié Ouest,
▫ L’ion Ca2+ domine les profils chimiques du pourtour méditerranéen.
Dans le Tableau IV-1.1, nous avons reporté les résultats obtenus lors de cette étude et lors de l’étude menée par Plaisance et al. (1996). Notre étude a été effectuée à partir des données de concentrations et
dépositions totales et corrigées de la fraction marine, recueillies dans les onze stations du dispositif MERA sur la période 1990-2003.
L’étude menée par Plaisance et al. (1996) a été effectuée sur la période 1990-1993 dans neuf stations
MERA à partir des données de concentrations totales dans les précipitations. Lors de notre étude, les dendogrammes obtenus à partir des concentrations corrigées, non corrigées et les deux associés donnent la même répartition en classes des stations donc nous pouvons comparer nos résultats avec ceux obtenus par Plaisance et al.. Par contre, la période d’étude et la densité de stations (Peyrusse-
Vieille et Montandon ont été mises en service en 1995 et 1998 respectivement) n’étant pas identiques, il faut être prudent dans l’interprétation.
Tableau IV-1.1 : Classes obtenues par classification automatique lors de cette étude (2005) et celle menée par Plaisance et al. (1996) à partir des données de concentrations et dépositions humides recueillies au sein
des stations du dispositif MERA entre 1990 et 2003. Concentrations
Etudes Période Classe 1 2 3 4 5
Plaisance, 1996 1990 1993 Brotonne - Iraty Morvan - La Crouzille Revin - Donon Bonnevaux - Le Casset La Hague Cette étude, 2005 1990 2003 Morvan - Bonnevaux La Crouzille - Iraty Donon - Revin Brotonne Montandon - P.Vieille Le Casset La Hague Dépositions humides
Etude Période Classe 1 2 3 4 5
Cette étude, 2005 1990 2003 Bonnevaux - Iraty Donon - Revin Montandon - P.Vieille Morvan - Brotonne LaCrouzille Le Casset La Hague
Entre ces deux études, nous pouvons observer une similitude des résultats. En effet, la station de La Hague est dans les deux études une station isolée, Revin et le Donon appartiennent à la même classe avec des profils chimiques semblables et les stations de Iraty, La Crouzille et Morvan forment elles aussi une même classe. Les mêmes observations que nous avons pu faire concernant les caractéristiques des différents profils chimiques ont été faites par Plaisance et al. en 1996. La seule
différence notable est faite pour la station de Brotonne où les taux en ion H+ sont plus élevés que ceux observés par Plaisance et al. et pour cette raison, cette station se rapproche des stations de Revin et du
Donon.
⇒ Afin de déterminer les types de sources possibles qui sont responsables des substances chimiques
contenues dans les pluies recueillies au sein des onze stations du dispositif MERA sur la période 1990-2003 nous allons effectuer une analyse factorielle avec rotation spécifique qui aidera à distinguer ces sources en déterminant les fortes associations d’ions existantes. Cette analyse factorielle a été menée à partir des logarithmes des concentrations et dépositions, corrigées et non corrigées de la fraction marine.
2
2..IIddeennttiiffiiccaattiioonnddeessttyyppeessddeessoouurrcceessddoommiinnaannttllaacchhiimmiieeddeesspprréécciippiittaattiioonnss
L’analyse factorielle est une technique statistique multivariée qui permet d’examiner la structure fondamentale qui existe dans un groupe important de données. L’analyse factorielle permet d’identifier des causes d’un état et d’interpréter leur nature. Dans notre cas, cette méthode va mettre en évidence « une typologie » des variables (concentrations et dépositions ioniques), c’est à dire des associations d’ions dominantes qui correspondent à des pollutions d’origines différentes. Plus la corrélation entre deux ions est importante, plus le type de pollution correspondant à cette association ionique influence la composition chimique des précipitations du site.