Chapitre 3: Matériel et méthodes
3.1.1 Moyens de transport
• Véhicule (transport des chercheurs et du matériel de terrain)
• Barque motorisée (déplacement sur le plan d’eau) 3.1.2 Matériel de collecte des données sur le chenal
Appareil d’orientation et de repérage : un GPS (Global Positioning System) ;
Bouteilles de prélèvement d’eau (bouteilles de VANDOFF) et d’autres bouteilles d’échantillonnage étiquetées (en verre ou en plastique) ; Sonde multi paramètres de marque HORIBA ;
pH- mètre de marque WTW 330i/SET ;
Glacières contenant des accumulateurs de froid;
Appareil photographique numérique;
Benne schippeck;
Des sachets plastiques et du papier aluminium ; Filets à plancton de 90µm et 55µm de mailles
3.1.3 Matériel et équipement de laboratoire
Ionomètre de marque CONSORT D130 (photo 3.1), Spectrophotomètre DR/2500 (photo 3.2),
Four carbolite, Hotte
Réacteur DCO,
Balance analytique de type “SARTORIUS’’
Verrerie (béchers, pipettes, erlenmeyers, éprouvettes, fioles, ballons, etc.),
Série de tamis (63µm à 2mm) Minéralisateur
Mortier et pilon en porcelaine Divers réactifs chimiques.
24 3.1.4 Echantillons analysés
Eau
Sédiment Poisson Zooplancton
3-2 Méthodes
3-2-1 Recherche documentaire
Il s’agit de la collecte des informations sur les travaux déjà effectués dans le domaine de la pollution de l’eau de manière générale et plus spécifiquement sur la pollution des eaux due aux éléments traces métalliques.
Par ailleurs, cette recherche documentaire nous a permis de bien orienter nos investigations, puis de rédiger un protocole de recherche.
A cet effet, notre documentation a pris en compte des ouvrages disponibles au sein des bibliothèques du département du génie de l’environnement, de l’EPAC, de la FSA, de la bibliothèque centrale de l’UAC,
Photo 3.1 : Ionomètre D130 CONSORT avec un échantillon
sur agitateur mécanique
Photo 3.2 : Spectrophotomètre DR/2500
25 des centres de documentation du CREPA/Bénin, du Ministère de l’Environnement et de la Protection de la Nature, de la Direction des Pêches.
Des sites Internet ont été également consultés.
3-2-2 Visites de terrain
Dans le souci de mieux connaître notre milieu d’étude et de bien élaborer un plan d’échantillonnage et de mesures, nous avons effectué des sorties exploratoires qui ont visé les objectifs suivants :
Identifier les points de déversement des eaux usées des principaux caniveaux débouchant dans le chenal ;
Identifier les activités (artisanales et/ou industrielles) qui sont pratiquées aux abords de la lagune et surtout celles susceptibles de contribuer à la pollution en plomb du chenal.
Nous avons donc sillonné les deux rives du chenal ; ce qui a permis d’avoir une idée sur les sources éventuelles de pollution par le plomb. Nous avons constaté des déversements d’ordures ménagères par certaines ONG de la place ; des déversements d’eaux usées de peintures, de teinturerie, d’imprimerie et des déversements d’essence par les trafiquants illicites.
L’influence que pourrait avoir le transport routier par l’intermédiaire des trois ponts érigés sur le chenal n’est pas à négliger ; des brûlures de pneus sur les berges non plus.
Une sortie exploratoire a été effectuée sur le chenal pour choisir les sites d’échantillonnage suivant les critères ci-après:
Influence du transport routier
Existence éventuelle d’une pollution organique Existence d’une pollution ponctuelle au plomb
Ainsi les sites d’échantillonnage suivants ont été retenus :
• Ancien pont (CC1): gaz d’échappement des motos et véhicules
• 3è pont (CC2): idem
26
• Lycée Technique Coulibaly (CC3): teinturiers et déchets
• Gbogbanou (CC4): tas d’immondices
• Nouveau pont1 (CC5): gaz d’échappement des motos et véhicules
• Nouveau pont2 (CC6) : idem
• Dantokpa (CC7): tas d’immondices, débouché d’un caniveau
• Hindé (CC8): débouché d’un caniveau
• Djidjè (CC9) : idem
• Agbato (CC10) : débouché d’un caniveau, latrines sur pilotis L’appellation CC des sites désigne le chenal de Cotonou, CCe désigne l’eau du chenal et CCs le sédiment du chenal. L’ordre de numérotation des sites d’échantillonnage va dans le sens de la mer vers le lac Nokoué. Certains sites n’étaient parcourus qu’une seule fois juste pour avoir une idée de leur état de pollution, d’autres ont été répétés pour un suivi. Les coordonnées géographiques de ces sites sont présentées dans le tableau 3.1.
Tableau 3.1 : Coordonnées géographiques des sites d’échantillonnage Ecosystème
aquatique
Sites
d’échantillonnage Nom des sites Coordonnées géographiques
27 3-2-3 Campagnes d’échantillonnage
Au total cinq (05) campagnes d’échantillonnage ont été effectuées au cours de nos travaux pendant une période de cinq mois.
• Première sortie : 27 Mars 2008, échantillons prélevés : eau et sédiment ; sites CC3,CC8,CC9, CC10
• Deuxième sortie : 10 Avril 2008, échantillons prélevés: eau et sédiment ; sites : CC3,CC8,CC9, CC10
• Troisième sortie : 25 Avril 2008, échantillons prélevés : eau, sédiment ; sites : CC1, CC2, CC3, CC4, CC5, CC6, CC7, CC8, CC9, CC10.
• Quatrième sortie : 12 Mai 2008, échantillons prélevés : eau, sédiment, poisson et zooplancton ; sites : CC3, CC7, CC8, CC9, CC10
• Cinquième sortie : 03 Juillet 2008, échantillon prélevé:
zooplancton sur le site CC3
La figure 3 présente les différents sites d’échantillonnage sur le chenal de Cotonou.
28 Figure 3 : Sites d’échantillonnage
29 3.2.3.1 Techniques d’échantillonnage
Technique de prélèvement de l’eau
Le prélèvement d’un échantillon d’eau est une opération délicate à laquelle le plus grand soin doit être apporté ; il conditionne les résultats analytiques et l’interprétation qui en sera donné (J. RODIER, 1978). Pour cela, les contenants utilisés pour les prélèvements sont fonction des caractéristiques physico-chimiques de l’élément à analyser.
Dans le cadre de notre étude nous avons utilisé des bouteilles en verre teintées, préalablement lavées, rincées et séchées à l’étuve à 105°C.
L’eau a été prélevée à l’aide d’une bouteille plongée à 10cm environ en dessous de la surface. La bouteille est remplie à ras en vue d’éviter d’emprisonner des bulles d’air.
Technique de prélèvement des sédiments
Les échantillons de sédiment ont été prélevés à l’aide d’une benne schippeck. Il s’agit d’un instrument auquel on attache deux cordes aux extrémités et une au milieu. Les cordes d’extrémité permettent d’ouvrir la benne pour prélever du sédiment et celle du milieu permet de la refermer pour la sortir du fond de l’eau. Les sédiments sont ensuite emballés dans du papier aluminium propre, étiquetés et conservés dans une glacière contenant des accumulateurs de froid.
Technique de prélèvement des poissons
Nous avons acheté des poissons chez des pêcheurs sur le chenal.
Chaque échantillon est rincé à l’eau du site afin de garder le maximum d’humidité, immédiatement emballé dans des sachets plastiques, étiqueté et conservé dans la glacière.
Technique de prélèvement du zooplancton
La technique utilisée est celle de la pêche par filtration horizontale à travers un filet à plancton de forme conique. La petite ouverture du filet est munie d’un collecteur pourvu d’un robinet qu’on peut fermer et ouvrir à volonté.
30 Les filets utilisés ont pour mailles 55µm et 90µm (élimination de la quasi-totalité du phytoplancton). On plonge le filet dans l’eau par sa grande ouverture (robinet du collecteur fermé) ; puis le filet est traîné derrière une embarcation sur une bonne distance afin de filtrer un grand volume d’eau.
Le zooplancton filtré est collecté dans le collecteur d’où il est recueilli dans une bouteille d’échantillonnage après ouverture du robinet.
3.2.3.2 Conditionnement des échantillons
Tous les échantillons d’eau, de sédiment, de poisson sont conservés dans une glacière. Des accumulateurs de froid sont utilisés pour les maintenir au frais dans la glacière.
Il n’y a pas de conditionnement particulier pour le zooplancton sur le terrain.
Une fois ramenés au laboratoire, les échantillons d’eau et de zooplancton sont mis au réfrigérateur à 4°C tandis que ceux de sédiments sont placés au congélateur.
3.2.4 Paramètres mesurés in situ
• Température :
Elle est un paramètre important dans le milieu aquatique. En effet, elle intervient dans divers processus biochimiques du milieu tels que la photosynthèse et la croissance des êtres vivants. La température correspond au degré d’échauffement ou de refroidissement de l’eau. Elle conditionne l’abondance en êtres vivants animaux et/ou végétaux. C’est le multimètre de marque WTW 330i/SET qui a servi à la relever. La sonde a été plongée dans l’eau à environ 10cm en dessous de la surface et la lecture est faite sur l’écran de l’appareil.
• pH :
Le pH de l’eau mesure l’équilibre acide base dans la plupart des eaux naturelles. L’adsorption du plomb sur la matière particulaire est selon COSSA, 1992, fonction du pH et augmente avec ce dernier. Il influence beaucoup la mobilité du plomb. Dans les eaux, plus le pH est faible (milieu
31 acide), plus la mobilité du plomb est facilitée. Le pH a été mesuré sur le terrain avec un multimètre de marque WTW 330i/SET en plongeant la sonde dans l’eau à 10cm environ de la surface et en lisant sur l’écran de l’appareil.
• Salinité :
C’est l’expression de la teneur en sels dissous de l’eau. Les mesures de salinité des eaux lagunaires restent un excellent moyen de traçage du déplacement des eaux d’origine marine ou lagunaire. Les variations de salinité semblent avoir une influence sur la toxicité du plomb ; peut-être par le fait des différences de spéciation chimique. JONES, (1975) (in LAPERCHE et al. 2004) montre que pour les crustacés isopodes euryhalins Jaera albifrons et Jaera nordmanni, une diminution de la salinité au cours de l'expérience, produit une augmentation de la toxicité du plomb.
C’est le multimètre de marque HORIBA qui a permis sa lecture sur le terrain ; en plongeant la sonde à environ 10 cm de la surface de l’eau, la lecture est faite sur l’écran à affichage numérique.
3.2.5 Analyses effectuées au laboratoire
3.2.5.1 Analyses effectuées sur les échantillons d’eau Matières en suspension (MES)
Ce paramètre englobe tous les éléments grossiers en suspension dans l’eau dont la taille permet leur rétention sur un filtre. Pour nos analyses c’est le filtre de 0,45µm de porosité qui a été utilisé.
Les MES sont habituellement composées : - de matières minérales (MM) ;
- de matières volatiles en suspension (MVS) disparaissant entre 525 et 600 C et que l’on assimile aux matières organiques (MO) bien qu’il y ait décomposition partielle ou totale de divers sels minéraux (carbonates notamment).
Les taux de matières en suspension dans le cas de la présente étude on été déterminés par gravimétrie. Les filtres sont préalablement imbibés d’eau
32 distillée, séchées pendant 3 heures environ à 105°C et pesés. L’eau est filtrée à travers ce filtre (pompe à vide) puis il est séché à nouveau pendant 24heures au four à 105°C toujours. Il est ensuite placé dans un dessiccateur puis pesé de temps en temps jusqu’à poids constant. La différence de poids entre la deuxième et la première pesée représente le poids des MES (Matières En Suspension).
Demande Chimique en Oxygène (DCO)
La demande chimique en oxygène (DCO) est la mesure de la quantité d’oxygène nécessaire pour oxyder la matière organique et inorganique oxydable contenue dans un échantillon. Ces matières oxydables contenues dans un échantillon sont oxydées par chauffage à reflux dans le réacteur DCO, en milieu fortement acide avec une quantité connue de dichromate de potassium dans une éprouvette fermée.
La consommation d’oxygène par échantillon provoque un changement de couleur dont l’absorbance est proportionnelle à la quantité de dichromate de potassium réduit et se mesure en équivalent d’oxygène.
Cette méthode qui est celle de la norme MA. 135 –DCO 1.0 du centre d’expertise en analyse environnementale du Québec se subdivise en deux : la méthode à haut niveau et la méthode à bas niveau. Cette dernière est appliquée pour des échantillons dont la concentration est inférieure à 80mg d’O2 par litre d’eau. (Voir Annexe4). Nous avons utilisé celle à « haut niveau » puisque pour nos premiers essais les concentrations étaient supérieures à 80mg d’O2 par litre d’eau.
Le pourcentage de récupération de la méthode à « haut niveau » est de 99%.
Dosage des ions phosphates
C’est la méthode au molybdate d’ammonium qui a été utilisée. Le principe est basé sur le fait qu’en milieu acide et en présence du molybdate d’ammonium, les phosphates donnent un complexe phosphomolybdique qui,
33 réduit par l’acide ascorbique, développe une coloration bleue susceptible d’un dosage colorimétrique. (Voir Annexe5).
3.2.5.2 Analyses sur les sédiments Granulométrie
L’analyse granulométrique d’un sol ou d’un sédiment consiste à déterminer la proportion des diverses classes de grosseur des particules.
C’est la méthode gravimétrique par tamis qui a été utilisée.
Une certaine quantité de sédiment a été séchée à 105°C pendant 12 heures environ. Une masse de 100 g de ce sédiment séché est prélevée et disposée sur une série de tamis superposés de la plus grande maille en haut (500µm) à la plus petite maille en bas (63µm). L’ensemble a été tamisé manuellement à défaut d’un agitateur mécanique. Par la suite, le contenu de chaque tamis est pesé et la fraction d’échantillon recueillie par tamis est rapportée sur la quantité d’échantillon totale.
Suivant la classification de BELLAIR et POMEROL (1977) (citée par ADJALIAN, 2006), la quantification des fractions est la suivante :
Les sables grossiers (D>500µm)
Les sables moyens (250µm<D<500µm)
Les sables fins et très fins (63µm<D<250µm) Les vases et silt (D<63µm)
D représente le diamètre des particules
pH dans les sédiments
C’est un paramètre très important pour la compréhension de la biodisponibilité du plomb.
Peser 20g de sédiment fin tamisé à 2mm, y ajouter 50ml d’eau déminéralisée et agiter pendant 15mn. Laisser la suspension au repos pendant 30- 60mn, plonger la sonde du pH-mètre dans l’eau surnageante et faire la lecture à 0,1 près ; le pH- mètre étant étalonné au préalable. Ce protocole est celui de la norme ISO 1842 : 1992.
34 3.2.5.3 Analyses effectuées à la fois sur l’eau et sur le sédiment
Matières organiques dans l’eau et dans le sédiment
C’est la méthode par perte au feu (RODIER, 1978) qui été utilisée. On place un volume donné d’eau (ou une masse définie de sédiment) au four à 105° pendant 24heures). On pèse au bout des 24 heures et on porte la température à 550°C. Les échantillons sont pesés à nouveau au bout de 24 heures. La différence de masse entre ces deux températures rapportées au volume initial d’eau ou à la masse initiale de sédiment, représente les matières organiques totales (MOT).
La détermination de la quantité de la quantité de matières organiques est importante car le plomb a beaucoup d’affinité pour cette dernière qui lui sert de véritable support.
Dosage du plomb dans l’eau
Il est possible de doser le plomb sous trois formes : le plomb dissous, le plomb particulaire et le plomb total.
- L’eau est filtrée sur une membrane de porosité 0,45µm ; le plomb dissous se retrouve dans le filtrat d’où il pourra être dosé
- le plomb particulaire se retrouve sur le filtre de porosité 0,45 µm, et il est dosé après attaque acide (acide nitrique + acide chlorhydrique) du filtre ;
- le plomb total est obtenu en faisant la somme des dosages du plomb dissous et du plomb particulaire. Il est cependant possible d’effectuer l’analyse du plomb total en procédant à une digestion appropriée à l’eau régale de l’échantillon d’eau (sans l’avoir filtrée au préalable).
La méthode que nous avons utilisée est celle de la norme H / NF EN ISO 15587-1 et 2 : Qualité de l’eau – Digestion pour la détermination de certains éléments dans l’eau (INERIS, 2003) Elle passe par une minéralisation à l’eau régale suivie du dosage proprement dit. C’est le plomb total qui est ainsi déterminé.
L’eau régale se prépare avec l’acide chlorhydrique et l’acide nitrique respectivement dans les proportions de 3 parties pour 1 partie. Elle a servi à minéraliser les échantillons d’eau à 150° pendant 2 heures. Ainsi nous
35 avons prélevé 20ml d’eau brute pour 10ml d’eau régale. Après minéralisation, le minéralisât a été filtré et repris à 50 ml d’eau distillée.
La lecture des concentrations en plomb a été faite à l’ionomètre CONSORT D130 (voir photo 3.1)
Il existe plusieurs méthodes pour doser le plomb. On peut citer l’électrochimie, la spectrométrie d’émission atomique, la spectrométrie de masse, l’absorption atomique, la colorimétrie pour ne citer que celles.
C’est une méthode électrochimique que nous avons utilisée. Les méthodes électrochimiques consistent à mesurer le courant produit lorsque le plomb est réduit ou oxydé, en faisant varier le potentiel d'une électrode dans une cellule électrochimique contenant l'échantillon. Le problème principal pour éviter les sous-évaluations reste la préparation des échantillons. Parmi les principales méthodes électrochimiques utilisées pour le dosage du plomb, on trouve essentiellement:
la voltamétrie : ensemble des techniques analytiques où la mesure se fait à courant non nul ;
les techniques potentiométriques dont l’ionomètre qui utilisent des électrodes sélectives. Ces techniques ont également l’avantage d’offrir la possibilité de doser plusieurs autres métaux et une large gamme de détection qui s’étend de 0,2 à 20800mg/L. Cependant des interférences avec d’autres métaux tels que Ag+ , Cu2+, Fe2+ , Hg2+
peuvent être constatées lors de l’utilisation de l’ionomètre.
Dosage du plomb dans les sédiments
Les échantillons de sédiment subissent d’abord un traitement préliminaire. Ils sont en effet, séchés au four à une température de 40°C pendant 24 heures. Ensuite, ils sont tamisés avec la maille de 2mm puis finement broyés et tamisés à 0,2mm. Le tamisât est alors attaqué à l’eau régale comme précédemment décrit pour une minéralisation pendant 3 à 4 heures conformément à la norme NF EN IS 1558-1-2 (INERIS, 2003) ; à une température de 150°C. Une masse de 0,5g de sédiment a été pesée
36 pour 45ml d’eau régale afin de bien digérer la matière organique et libérer ainsi les ions Pb2+. Les lectures sont ensuite faites à l’ionomètre CONSORT D130.
3.2.5.4 Analyses effectuées sur les échantillons de poissons
Au laboratoire, les longueurs standard et totales des échantillons de poisson ont été mesurées, après les avoir identifiés grâce à la clé de PAUGY D. et TEUGELS, G.G. (2003) dans ‘’ Poissons d’eaux douces et saumâtres de l’Afrique de l’Ouest’’. Ensuite, ils ont été disséqués. Le foie et les branchies sont isolés, de même que les muscles pour être broyés séparément au pilon dans un mortier. Les espèces de poissons disséquées sont les suivantes : Sarotherodon melanotheron (Cichlidae), Lutjanus Goreensis (Gerreidae), Gerres nigri (Gerreidae). La photo 3.3 présente le mode de dissection des spécimens de poissons.
Dosage du plomb dans les poissons
On pèse 5g de l’échantillon frais, broyé, on y ajoute 10ml du mélange acide nitrique et acide perchlorique dans une proportion de 6 volumes d’acide nitrique pour 1 volume d’acide perchlorique (Beach et al.1988 in LAWANI, 2007). La réaction dure au moins 12h, c’est pourquoi on laisse le mélange se reposer toute la nuit. Après la réaction, on porte le mélange sur plaque chauffante et on chauffe d’abord à 100°C puis on augmente la température à 250°C. Lorsque les vapeurs nitreuses et perchloriques
Photo 3.3 : Dissection de poissons
37 disparaissent, on observe la fin de la minéralisation. Le minéralisât est refroidi puis on le récupère avec de l’acide nitrique à 10% et on ajuste le mélange à 25 ml avec l’eau distillée. Toutes ces opérations ont été effectuées sous hotte. Un blanc sans poisson est réalisé avec les mêmes réactifs et dans les mêmes conditions. Les solutions ainsi obtenues sont prêtes à être dosées à l’ionomètre CONSORT D130.
3.2.5.5 Analyses effectuées sur le zooplancton
Le zooplancton est recueilli avec une petite quantité d’eau dans des bouteilles en verre sur le terrain.
Arrivés au laboratoire, on prélève une partie de ce mélange dans une bouteille et l’on y ajoute du formol. Ce prélèvement a servi à l’identification des différentes espèces de zooplancton pêchées.
Le reste est filtré avec un tamis de 250µm, puis de 125µm pour enlever les débris contenus dans l’eau. Le filtrat obtenu est à nouveau filtré avec un filtre de 30µm pour concentrer au maximum le zooplancton. Le concentré ainsi obtenu a été minéralisé au mélange d’acide nitrique et perchlorique avant d’être lu à l’ionomètre.
3.2.6 Traitement et analyse des données
Les données collectées aussi bien sur le terrain qu’au laboratoire ont été analysées et interprétées grâce au logiciel Excel.
Le facteur de bioconcentration FBC est calculé par la formule de Veith et al.
(in RAMADE, 1992) ci- après :
38
4-1 Les propriétés physico-chimiques des échantillons d’eau
Les résultats présentés ici sont les moyennes des valeurs obtenues au cours des mesures sur le terrain et au laboratoire. Les histogrammes non colorés représentent les sites visités et échantillonnés une seule fois.
4.1.1 Température
La figure 4.1 présente les variations des moyennes de la température de l’eau sur quelques sites du chenal.
29,7 29,8 29,9 30 30,1 30,2 30,3 30,4 30,5
CC3 CC7 CC8 CC9 CC10
Site s d'é chantillonnage
Température
Figure 4.1 : Variation de la température de l’eau sur quelques sites d’échantillonnage
De l’analyse de la figure ci-dessus, il ressort qu’au cours de la période de notre étude, les moyennes de température s’étendent de 29,97°C à
De l’analyse de la figure ci-dessus, il ressort qu’au cours de la période de notre étude, les moyennes de température s’étendent de 29,97°C à