ORIGINES DES ENRICHISSEMENTS DES EAUX DE RIVIERES DU BASSIN DE LA GARONNE RIVIERES DU BASSIN DE LA GARONNE

Afin de tenter d’expliquer l’origine des enrichissements observés précédemment, enrichissements autant généraux sur l’ensemble des rivières que spécifiques et locaux, nous nous intéresserons dans un premier temps aux sédiments prélevés dans des zones proches des sites d’échantillonnages des eaux. Puis, dans un deuxième temps, nous tenterons de conclure en étayant notre raisonnement à partir des enrichissements observés dans les pluies au-dessus de la ville de Toulouse (Ferrier, 1998) et par comparaison avec ceux de la Seine (Roy, 1996).

E.1. F

ACTEURS D

’

ENRICHISSEMENT DES ALLUVIONS

Des alluvions anciennes ont été récoltées près des sites d’échantillonnage des eaux selon le planning défini en début de chapitre (Figure III 3). Les sédiments ont été traités et analysés comme décrits dans le chapitre II. Les concentrations en éléments traces de la fraction fine, c’est à dire inférieure à 63 µm, de certains niveaux ont été analysées.

Conformément au descriptif des horizons de l’Annexe III 15, les niveaux sélectionnés puis analysés sont les suivants :

−

S1 : l’Ariége amont Pt Diable (Mercus) niveaux S1(C) et S1 (D)

−

S2 : le Salat niveaux S2 (E) et S2 (E')

−

S3 : la Garonne en aval St Gaudens (La Gentille) niveaux S3 (B) et S3 (D)

−

S4 : la Garone à Muret (Bajouville) niveaux S4 (B) et S4 (D)

−

S7 : l’Agout niveaux S7 (D) et S7 (E)

−

S9 : le Gers à Astafort (Manleche)

−

S11 : la Garonne au nord d'Agen (Brax) niveaux S11(A) et S11 (E)

Les teneurs mesurées dans ces différents niveaux figurent dans le tableau de l’Annexe III 19. Les facteurs d’enrichissement calculés par rapport au Ti, sont reportés dans l’Annexe III1 - 9 . Ils sont représentés sur la Figure III1 - 13 toujours en classant les éléments de façon à donner une variation continue croissante.

Exceptées les alluvions prélevées sur le Salat (pour le Pb et le Zn), ces sédiments anciens prélevés sur le bassin de la Garonne ne présentent pas de signes d’enrichissements significatifs et ce, pour l’ensemble des métaux (mis à part Cd et Sb). Pour ces deux métaux, Cd et Sb, les domaines du FE se situent entre 1 (Ariège à Foix) et 17 (Salat) pour Cd, entre 2 (Ariège) et 13 (Garonne au Nord d’Agen) pour le Sb. Bien que significatifs d’une composition certainement supérieure à la croûte continentale moyenne de référence, ces enrichissement ne peuvent expliquer ceux observés dans nos eaux. En effet, les fourchettes d’enrichissements y sont bien supérieures respectivement (en valeurs corrigées) pour le Cd et le Sb, entre 21 (Tarn) et 110 (Baïse) en passant par 83 pour le Salat, entre 70 (Ariège à Foix, Pont du diable) et 550 (Baïse).

En ce qui concerne le Salat, les sédiments prélevés y sont plus enrichis en Pb et Zn que sur les autres sites (respectivement, 5,8 et 8,8 pour le premier élément, et 4 et 11 pour le deuxième). Bien que notables, ces enrichissements ne peuvent être tenus comme responsables de ceux observés actuellement dans les eaux de cette même rivière qui sont de 20 pour le Pb en valeur non corrigée, et de 6.4 en valeur corrigée, et pour le Zn respectivement de 40 et de 25.

Tels quels, ces résultats tendent à indiquer que les enrichissements en métaux observés actuellement dans le matériel véhiculé par les rivières n’existaient pas par le « passé ». Ce constat plaide en faveur d’enrichissements récents résultant d’activités anthropiques diverses.

On peut cependant se poser la question du remaniement significatif des éléments dans ces alluvions anciennes. Dans l’étude préliminaire traitant de la variable S% (rapport entre la phase dissoute et totale), nous avons vu que tous ces éléments n’étaient pas intégralement portés par voie solide. En accord avec les études de Quilici, 2000 et Crouzel, 1999, sur la Garonne toulousaine, ainsi qu’avec celle de Roy, 1996, sur la Seine à Paris, la plupart des métaux doivent se trouver adsorbés à la surface des particules. Une proportion du métal subsiste en solution, ce qui se traduit par l’existence, pour chaque élément, d’un coefficient de partage entre suspension et solution, non négligeable. Dès lors, on peut légitimement invoquer des lessivages avec de fortes proportions d’eau comme responsables de l’appauvrissement significatif des teneurs en métaux dans les sédiments. Toutefois, ce scénario est à écarter pour deux raisons.

Tout d’abord le graphe l’Annexe III1 - 10, montre bien que S% et FE ne présentent aucune anticorrélation comme attendu lorsqu’un processus de lessivage opère.

D’autre part, les éléments présentant des facteurs d’enrichissement proches de 1 dans les sédiments recouvrent une large gamme de « solubilité » allant indifféremment des moins

« solubles » (comme le Sn, La, Ti, Co, V, Cr, Cu, Ni ) aux plus « solubles » (comme Sr, Rb, U).

Figure III1 - 13 : Facteurs d’enrichissement crustaux des sédiments alluviaux anciens du bassin de la Garonne.

0.10 1.00 10.00 100.00

Sr Nb Sn Ta Rb Cu Th U Cs La Co Ti Hf Y Tb V Cr Ni Zr Pb Zn Cd Sb S1 Ariége amont Pt Diable (C) S1 Ariége amont Pt Diable (D) S2 Salat (E)

S2 Salat (E') S3 Garn aval St Gaudens (B) S3 Garn aval St Gaudens (D)

S4 Garn Muret (B) S4 Garn Muret (D) S7 Agout (D)

S7 Agout (E) S9 Gers S11 Garn nord d'Agen (A)

S11 Garn nord d'Agen (E) Moyenne

E.2. R

ETOMBEES ATMOSPHERIQUES SUR LA VILLE DE

T

OULOUSE On entend par retombées atmosphériques l’ensemble les dépôts humides et secs qui contrôlent la composition des différentes phases gazeuse, liquide et solide dans l’atmosphère.

Le premier mécanisme, déposition par voie humide, se caractérise par l’absorption des aérosols de l’atmosphère par sa phase aqueuse suivit d’un dépôt par précipitation. Le nettoyage de l’atmosphère par voie humide s’effectue selon deux modes, « rain out » et

« wash out ». Le « rain out » consiste en la capture des particules par les gouttelettes des nuages au cours de leur croissance. Les constituants solubles de l’aérosol se trouvent ainsi incorporés aux gouttes. Le « wash out », quant à lui, réside dans le piégeage des particules pendant leur précipitation, soit par capture à la suite de chocs, soit par entraînement dans les filets d’air déplacés lors de la chute des gouttes. Le taux d’interception est fonction de la taille et de la vitesse respectives de la goutte d’eau et de l’aérosol.

Le deuxième mécanisme, déposition par voie sèche, consiste en l’absorption des aérosols atmosphériques à la surface du globe terrestre (sols, eaux, végétation, constructions …). On parle alors de « lessivage » atmosphérique par l’intermédiaire de ces processus.

Le terme générique d’aérosol s’applique à toute matière particulaire, solide, liquide ou gazeuse en suspension dans un milieu gazeux, en l’occurrence l’air, et présentant une vitesse de chute négligeable. La plupart des aérosols se situent dans la troposphère (0-12 000 m) et sont transportés en totalité entre 1 500 et 2 000 m d’altitude ( Elichegaray, 1980) au niveau de la péplopause (couche sale).

Les aérosols peuvent se classer selon leurs sources d’émission dans l’atmosphère. On parle ainsi :

DES AEROSOLS MARINS :

Ils résultent de la production d’embruns à la surface de l’interface mer-air.

DES AEROSOLS D’ORIGINES TERRIGENES :

Il s’agit de particules, locales ou lointaines, arrachées lors de l’érosion des sols non protégés par un couvert végétal (sols dénudés, montagnes, sables désertiques …). Mais il convient d’ajouter à cet état de fait naturel, celui créé par l’homme suite au remaniement ou à l’exploitation des ressources minérales : exploitation des mines et des carrières, chantiers de constructions de grande envergure (bâtiments, routes …), etc…

DES AEROSOLS ANTHROPIQUES :

Ils sont constitués de l’ensemble des charges particulaires qui résultent des activités humaines : les produits de combustions industrielles ou domestiques, les diverses industries (métallurgiques, chimiques…), les transports, les incinérateurs d’ordures ménagères etc… Le Tableau III1 - 3 récapitule les types d’émissions métalliques rejetées dans l’atmosphère par secteur d’activité. D’après Lantzy et al. 1979, Roy, 1996 la composition des aérosols urbains dans toutes les villes du monde présente une grande similitude. L’étude isotopique du Pb de Roy, 1996 montre que les proportions relatives des sources anthropiques identifiées dans l’atmosphère varient peu d’un lieu à l’autre. Ce sont leurs quantités individuelles qui varient.

On peut donc penser que les activités anthropiques, par leur nombre et leurs variétés, couplées aux phénomènes de brassage atmosphérique et de transport à longue distance, conduisent à des émissions, qui globalement, sont de nature identique pour chaque pays industrialisé. Toutefois, chaque région, du fait de la spécificité de son industrie (branches d’activité, industrialisation plus ou moins poussée), possède sa propre identité en terme de quantité de rejet atmosphérique. Ainsi, dans le Tableau III1 - 4 nous avons reporté le peu de données quantitatives en notre possession dans ce domaine en France et en région Midi-Pyrénées.

Tableau III1 - 3 : Nature des rejets atmosphériques métalliques par secteur d’activité.

SECTEUR D’ACTIVITE EMISSION DIREN Midi-Pyrénées Combustion fossile (bois, charbon,

fluel) As, Cd, Cu, Ni, Cr,

Pb, Sb, Sn, V Métallurgie, sidérurgie As, Cd, Cu, Ni, Mn,

Pb, Sb, V, Fe (Pb, Fe) (TAM.STCM, Muretaine Industrie chimique et pharmaceutique Cd, Zn, Hg

Transports Cu, Pb, Ba

Fabrication de matériaux (ciment, verre, plâtre …)

As, Cd, Ni, Cr, Sn, V

Tableau III1 - 4 : Estimation des rejets atmosphériques dans la région Midi-Pyrénées et globalement sur la France en tonnes / an.

DIREN-MP, 1995 CITEPA (Bouchereau, 1992)

Lieu Midi-Pyrénées France

RETOMBEES ATMOSPHERIQUES AU-DESSUS DE LA VILLE DE TOULOUSE :

Frédéric Ferrier, lors de ces travaux effectués dans le cadre d’un DESU, a prélevé les pluies et les dépôts totaux atmosphériques au-dessus de la ville de Toulouse. Ce travail a été réalisé sur une période de 5 mois (du 1 novembre 1997 au 1 mai 1998), au cours de laquelle 35% des retombées annuelles ont été collectées. Les aérosols ont également été prélevés sur une période de 7 jours (du 19 janvier au 26 janvier 1998). Les facteurs d’enrichissement moyens (pondérés par les hauteurs d’eau pour les pluies) calculés à partir des résultats de mesures des teneurs en éléments traces des pluies et des aérosols sont reportés sur la Figure III1 - 15.

Les forts enrichissements constatés lors de cette étude, en particulier en métaux dits

« lourds », le Sb (30 à 3300), le Cd (490 et 1250), le Pb (85 et 437), Sn (50 à 420), Zn (67 à 208), Cu (35 à 136) et en moindre mesure Ni (17 à 37), sont typiques de la contamination de l’atmosphère toulousaine par des émissions anthropiques précédemment citées.

D’autre part, à partir des flux d’émissions répertoriés dans le Tableau III1 - 1 et des flux d’aluminium au-dessus de la ville de Toulouse (Ferrier, 1998), nous avons estimé les facteurs d’enrichissement de ces émissions. Malgré les incertitudes liées à la comptabilisation des sources et au choix arbitraire de la concentration en Al, ces facteurs d’enrichissement des flux d’émission sont compatibles avec ceux mesurés dans les retombées atmosphériques toulousaines, en particulier pour Cr, Pb, Ni et Cd.

On note également que les aérosols sont bien plus enrichis en Cu, Zn, Sb, Sn et Pb que les pluies.

Les autres résultats remarquables de ces travaux (Ferrier, 1998) sont les suivants : L’étude isotopique du plomb montre que celui-ci provient entièrement de sources anthropiques (essences et industries) avec une prépondérance du pole essence (70%).

L’étude des corrélations des différents éléments entre eux, avec notamment ceux présumés d’origine terrigène, montre que, mis à part le Sn et le Cd, les autres éléments (Sb, As, Zn, Cd, Ni, Cu, V) ont une origine mixte (terrigène, anthropique) avec bien sûr, des sources anthropiques prépondérantes.

Figure III1 - 14 : Facteurs d’enrichissement crustaux des pluies et des aérosols au dessus de la ville de Toulouse et des rejets atmosphériques (industries, combustions fossiles)

Figure III1 - 15 : Facteurs d’enrichissement crustaux de la Garonne, de la Seine, des pluies et des aérosols au-dessus de la ville de Toulouse.

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 10000.0

Al Ti La Fe V Co Mn Cr Pb Zn Cu Ni U Na Mo Cd Sr Mg Sn Sb

FE

Pluies sur Toulouse, 5 mois 97-98.

Aérosols, Toulouse, 19-26 janv. 98 .

DIREN-MP, 1995 ; CITEPA (Bouchereau, 1992)

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 10000.0

Ti La Fe V Co Mn Cr Pb Zn Cu Ni U Na Mo Cd Sr Mg Sn Sb

FE

Bassin de la Garonne

Pluies sur Toulouse, 5 mois 97-98.

Aérosols, Toulouse, 19-26 janv. 98 . Seine Paris 6 mois, 94-95 (Île St. Louis).

E.3. P

ROPORTIONS DE METAUX D

’

ORIGINE ANTHROPIQUE DANS LES EAUX DU BASSIN DE LA

G

ARONNE

Il est possible d’estimer les proportions d’éléments d’origine anthropique dans les eaux prélevées à partir des facteurs d’enrichissement. Cette estimation se calcule en supposant que l’élément X dans l’eau de rivière (riv.) est la résultante de deux types d’apports, naturels (nat) et anthropiques (anth) (Roy, 1996). On peut alors écrire l’équation suivante :

X X

X

^riv.

=

^nat.

+

^anth.

On peut écrire cette équation pour l’aluminium :

Dans le document Perturbations anthropiques du réseau hydrographique du bassin de la Garonne, cas des metaux et des nitrates (Page 143-148)