La phase dissoute

Le pH mesuré dans les pluies est variable, entre 3,6 et 6,1 avec un maximum de valeurs comprises entre 4,7 et 5,5. Aucune tendance particulière au cours du temps ne peut être dégagée et on observe parfois de très fortes variabilités au cours d’une même pluie. Par exemple, c’est pour la pluie n°10 que les deux extrèmes ont été observés. Comme en cette saison à Banizoumbou, les aérosols en suspensions dans l’air sont d’origine sahélienne, leurs teneurs en carbonates de calcium sont très faibles en comparaison des aérosols sahariens. De ce fait, la capacité de neutralisation de ces aérosols est nulle, comme nous l’avons par ailleurs observé au cours de la dissolution de ce type d’aérosols en laboratoire (cf chapitre 4). En conséquence, nous n’observons pas de corrélation entre le pH de nos pluies et les teneurs en calcium dissous, même en distinguant le début de la fin des pluies.

La composition chimique, en ions majeurs dissous, mesurée dans nos échantillons est tout à fait comparable à celle de Galy-Lacaux et al (1998) et Modi et al. (1995) pour des pluies collectées dans la même région (cf tableau 5.3). La seule différence notable apparaît sur le rapport moyen de Na+/Cl- qui, dans notre étude, est particulièrement faible (0,22) par rapport

160 à ceux rapportés par ces auteurs (1,0 pour Modi et al., 1995 et 0,67 pour Galy-Lacaux et al ; 1998). Il est probable que ce soit le constat d’une contamination en ions chlorures suite aux protocoles de lavage qu’a subit tout le matériel de collecte (cf annexe 3).

Tableau 5.3 : Composition chimique moyenne (pondérée au volume de pluie) des pluies récoltées dans la région de Niamey au Niger en µg/L-1. Les données relatives à ces travaux sont moyennées sur l’ensemble des

échantillons collectés. Les données de la littérature sont des moyennes pondérées par rapport à la hauteur des précipitations.

Selon Galy-Lacaux et al., 1998 et Modi et al., 1995, il existe 3 principaux types d’influences dans les pluies nigériennes : terrigène, marine et biogénique. Selon ces auteurs les ions Ca2+, Mg2+ et K+ sont d’origine terrigène, tandis que les ions Na+ et Cl- seraient d’origine marine. Toutefois, en étudiant les corrélations entre les teneurs en éléments dissous et les teneurs totales en aluminium, qui peuvent être considérées comme indicateur de la masse en aérosols terrigènes, il apparaît que dans nos pluies, les teneurs en ions Na+, tout comme en ions Ca2+, Mg2+ et K+ sont corrélées avec la masse en aérosols d’origine désertique (cf tableau 5.4). De plus le rapport Natot/Altot est égal à celui mesuré dans les sols (0,01, Velay, 2006) et aérosols (0,01) de la région de Banizoumbou. Le Na dissous serait donc issu de la dissolution des aérosols minéraux. D’un point de vue minéralogique, cet élément est associé à la présence de feldspath sodique (albite). La présence d’ions Ca2+ en solution est attribuée à des minéraux riches en calcium tel la calcite (CaCO3), le gypse (CaSO4) ou la dolomite (CaMg(CO3)). Toutefois comme ces minéraux sont particulièrement peu abondants dans les aérosols sahéliens, il est probable que, comme les ions Mg2+ et K+, ils proviennent aussi de minéraux aluminosilicatés ; car comme nous l’avons vu dans le chapitre 3, ces ions, qui occupent les niveaux interfoliaires dans les structures cristallines, sont particulièrement solubles.

ref Na+ K+ Ca2+ Mg2+ NO3- Cl- SO42- HCOO- CH3COO- pH

Ces travaux 143 199 1507 379 781 646 2304 320 419 5,2 Galy-Lacaux et al.,

1998 177 184 2501 272 763 263 1066 212 277 5,7 Modi et al., 1995 1162 657 7182 734 570 1118 1860 - - 5,2

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Phase dissoute total SO42- NO3- Cl- HCOO- CH3COO- Ca2+ K+ Mg2+ Na+ Altot

SO42- 1 0,47 NO3- 0,84 1 0,44 Cl- 0,02 0,00 1 0,13 HCOO- 0,12 0,18 0,00 1 0,06 CH3COO- 0,29 0,11 0,10 0,20 1 0,06 Ca2+ 0,82 0,81 0,05 0,18 0,07 1 0,66 K+ 0,76 0,65 0,07 0,11 0,11 0,72 1 0,99 Mg2+ 0,83 0,76 0,04 0,16 0,16 0,83 0,95 1 0,78 P h as e d is sou te Na+ 0,09 0,33 0,02 0,25 0,05 0,60 0,73 0,25 1 0,99

Tableau 5.4 : Coefficient de corrélation (R²) des relation linéaire entre les teneurs des différents éléments dans les pluies.

Comme les teneurs en sulfate et en ions nitrates sont bien corrélées au teneurs en Ca2+ (R²=0,82), il est très probable que ces ions résultent majoritairement de la dissolution de composés de type CaSO4 et Ca(NO3)2 formés, directement sur les sols sources (Falkovich et

al., 2001) ou dans l’atmosphère, par réactions hétérogènes entre des carbonates de type

CaCO3 ou CaMg(CO3) et des gaz tels le SO2 ou les NOx (Andreae et al., 1986; Carmichael et

al., 1996; Dententer et al.,1996 ; Mamane and Gottlieb, 1989 ; Okada et al., 1987 ; Morie et

al. 1999 ; Laskin et al., 2005; Matsuki et al., 2005). Selon Galy-Lacaux et al. (1998), les

nitrates pourraient venir directement des particules de sol, contaminées par les excréments d’animaux qui peuplent la brousse. Notons que nous n’observons aucune relation entre le pH des pluies et les concentrations en sulfates en nitrates ce qui appuie l’hypothèse que ces ions ne seraient pas issus de la dissolution de composés acides (H2SO4 et HNO3). Toutefois, comme nous ne connaissons pas les concentrations en NH4+ en solution, il est difficile d’identifier exactement ce qui détermine le pH de la pluie.

Toujours d’après Galy-Lacaux et al. (1998), les ions d’acétates et formates seraient principalement d’origine biogénique, issus de l’oxydation de COV émis par la végétation. D’autres composés organiques sont également présents dans les pluies et notamment l’oxalate avec des teneurs comprises entre 12 et 258 µg/L. L’évolution temporelle des teneurs en ions organiques montre une nette augmentation après le saut de mousson (voir figure 5.10) mais pas de tendance marquée au cours d’une pluie. Comme la composition organique est essentiellement contrôlée par les acétates et les formates, la figure 5.10 reflète principalement la variation des teneurs de ces ions.

162 0 400 800 1200 1600 2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n° pluie acétate formate propionate oxalate tartrate pyruvate m g / L Saut de mousson

Figure 5.10 : Composition organique de la phase dissoute des pluies collectées à Banizoumbou. Les pluies

n° 1 et 6 n’ont pas été analysées.

Cette tendance peut être attribuée à l’apport d’aérosols d’origine biogénique produit dans des régions plus végétalisées situées dans la bande équatoriale africaine. Des mesures aéroportées, effectuées sur un axe Nord-Sud entre Niamey et Cotonou (Benin), montrent en effet un déplacement vers le Nord, après le saut de mousson, de la zone de transition entre les masses d’air du Nord influencées par les aérosols grossiers d’origine désertique et les masses d’air du Sud influencées par des aérosols plus fins d’origine biogénique.

Figure 5.11 : Illustration de la zone de transition entre masses d’air du Sud d’influence biogénique et masses d’air du Nord d’influence terrigène par des mesures aéroportées de coefficient de diffusion particulaire. Ces données nous renseignent sur la taille des particules : les fines particules,

d’origine biogénique, ne diffusent pas de la même manière aux trois longueurs d’onde sélectionnées contrairement aux particules grossières d’origine terrigènes. (source : P. Formenti, communication personnelle).

Figure 5.11 : Illustration de la zone de transition entre masses d’air du Sud d’influence biogénique et masses d’air du Nord d’influence terrigène par des mesures aéroportées de coefficient de diffusion particulaire. Ces données nous renseignent sur la taille des particules : les fines particules,

d’origine biogénique, ne diffusent pas de la même manière aux trois longueurs d’onde sélectionnées contrairement aux particules grossières d’origine terrigènes. (source : P. Formenti, communication personnelle).

Figure 5.11 : Illustration de la zone de transition entre masse d’air du Sud d’influence biogénique et masse d’air du Nord d’influence terrigène par des mesures aéroportées de coefficient de diffusion particulaire. Ces données nous renseignent sur la taille des particules : les fines particules,

d’origine biogénique, ne diffusent pas de la même manière aux trois longueurs d’onde selectionnées contrairement aux particules grossières d’origine terrigène (Source : Formenti, communication personnelle).

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Ce travail préliminaire de caractérisation a permis de mettre en avant la forte influence des aérosols terrigènes sur la composition globale des pluies. Que ce soit en phase dissoute ou en phase particulaire, les éléments dominant sont issus des différents minéraux qui composent l’aérosol. Toutefois, l’influence des aérosols terrigènes évolue au cours d’une pluie ; dans les 1er échantillons (notés a), à cause du lessivage de l’atmosphère par les premières gouttes de pluies, on constate une forte influence des aérosols soulevés par le passage de la cellule convective alors qu’en fin de pluie, les teneurs en particules dans la pluie sont plus faibles et l’analyse chimique met en évidence que ces aérosols de fin de pluie sont plutôt représentatifs de l’aérosol ambiant sans doute vieilli pas des processus d’évapo-condensations. Nous avons également observé une influence biogénique marquée après le saut de mousson qui se traduit avant par un apport important de composés organiques.

3. E

Les pluies sont des milieux aqueux chimiquement complexes, caractérisées par un certain nombre de paramètres extrêmement variables d’une pluie à l’autre, mais également au cours même de la pluie (intensité, charge particulaire, pH, contenue en éléments dissous, …). Il est donc probable que certains de ces facteurs influencent les paramètres que nous cherchons à étudier ici : la solubilité et la spéciation redox du fer. La discussion se fera donc en comparaison des mesures obtenues sur les aérosols sahéliens collectés à Banizoumbou en saison des moussons.