Objectifs de la thèse
CHAPITRE 2 ZONES D’ETUDES
I. La CUB et son système d’assainissement
5. Spéciation et réactivité des ETM dans l’estuaire fluvial
Le comportement des ETM dans l’estuaire fluvial de la Gironde dépend de nombreuses variables : leur spéciation, les variabilités saisonnières, les temps de mélange, qui entraînent des comportements conservatifs ou non conservatifs (Audry et al., 2006; Lemaire et al., 2006; Masson et al., 2011a). La mobilisation de métaux dissous de la phase solide est contrôlée par deux processus principaux: l’abattement de métaux dissous par adsorption (i.e. particules en suspension du bouchon vaseux) et la floculation d’acides humiques et fulviques d’une part, et/ou la désorption (possiblement induite par la salinité) de métaux issus des particules du fleuve ou des sédiments resuspendus (Chapitre 1-I.4). L’accumulation de plusieurs métaux de transition dans la colonne d’eau en présence de bouchon vaseux montre que les modifications des surfaces des particules ou de la spéciation métallique intervenant au cours de la diagenèse précoce des sédiments peuvent remobiliser des métaux adsorbés à la surface des particules sédimentaires (Pedersen et al., 1986; Finney et al., 1988; Shaw et al., 1990; Audry et al, 2006). Ces processus sont liés aux conditions de redox, à la production primaire ainsi qu’à la dégradation de la matière organique. Ces changements de spéciation ont une forte influence sur le devenir des ETM, en particulier sur leur transport, leur persistance, leur biodisponibilité et leur toxicité.
CHAPITRE 2
70
Ce phénomène est visible en amont du gradient de salinité, où des processus de désorption de Cu ont été observés dans la zone de développement du bouchon vaseux (Masson, 2007; Figure 2-18).
Figure 2-18: Concentrations en Cu dissous (<0,2 µm) et concentrations en MES lors des profils
longitudinaux de mai (A) et septembre (B) 2005 entre La Réole et Bègles. Concentrations en Cu dissous (<0,2 µm) et en MES lors des profils longitudinaux dans le gradient de salinité de l’estuaire de la Gironde en mai (A) et juillet et novembre (B) 2005 (d’après Masson, 2007).
Cette addition de Cu est liée à une dégradation de la matière organique particulaire (Masson et al., 2011b). Le Cu adsorbé ou complexé est alors libéré dans la fraction dissoute. La durée et l’addition de Cu augmente pendant la période d’étiage parce qu’il est fortement lié à la présence du bouchon vaseux (MES >100 mg.L-1) comme le montre la Figure 2-18. Ce type de comportement varie en fonction de l’ETM mais aussi à l’intérieur d’un estuaire ou
CHAPITRE 2
71
entre des estuaires différents. La Figure 2-19 présente un récapitulatif des processus affectant les différents ETM étudiés dans l’estuaire fluvial de la Gironde.
Figure 2-19: Schéma conceptuel récapitulatif des processus affectant As, Cd, Cu, molybdène (Mo),
antimoine (Sb), uranium (U) et vanadium (V) dans l’estuaire fluvial de la Gironde (d’après Larrose, 2011; modifié d’après Masson, 2007).
Des comportements comparables ont été mis en évidence pour les oxyanions V et Mo (Audry et al., 2007; Strady et al., 2009) et, dans une moindre mesure, pour le Cd (Masson, 2007; Figure 2-20). La libération de ces ETM peut être reliée à la dégradation de la matière organique dans la colonne d’eau et/ou au niveau de la crème de vase remobilisée au cours du cycle de marée (Masson et al., 20011b; Petit et al., 2013). L’arsenic présente un comportement soustractif qui est lié à une floculation de fer (Fe) dans les environnements aquatiques (De Vitre et al., 1991; Kitts et al., 1994).Cependant, des études récentes ont montré que l’As peut passer d’un comportement soustractif à additif dans une même journée sous l’effet de la marée (Masson et al., 2009, 2011a). Enfin, Sb et U présentent des comportements conservatifs au niveau de l’estuaire fluvial (Strady et al., 2009; Masson et al., 2011a).
CHAPITRE 2
72
Le Tableau 2-3 constitue une synthèse des récentes études effectuées par l’équipe TGM sur les processus affectant le comportement des ETM étudiés dans cette thèse au sein de l’estuaire fluvial de la Gironde.
Tableau 2-3: Synthèse des comportements et processus affectant les ETM (Ag, As, Cd, Cu, et Ni) dans
l’estuaire fluvial de l’estuaire de la Gironde (Garonne).
Elément Comportement Processus Référence(s)
Ag Additif & Soustractif
Désorption par chloro-complexation le long du gradient de salinité et adsorption sur les MES en eau douce dans l’estuaire fluvial
Lanceleur et al., 2012
As
Equilibre entre Additif & Soustractif
Adsorption et désorption à échelles saisonnière (liées aux migrations saisonnières du bouchon vaseux) et horaire (liée à la marée)
Masson et al., 2009 ; Masson et al., 2011a
Cd Soustractif & Additif
Adsorption sur les MES, et
désorption avec la dégradation de la MO dans l’estuaire fluvial (eau douce) et la chloro-complexation dans le gradient salinité
Audry et al., 2006
Cu Additif Dégradation de la MO Audry et al., 2006 ; Masson et al., 2011b ; Petit et al., 2013
Ni Additif Désorption de manganèse (Mn) and Fe oxides Audry et al., 2006
Le principal moteur des échanges entre les phases particulaire et dissoute des ETM dans l’estuaire fluvial de la Gironde est le gradient de turbidité, avec peu ou pas de salinité. Cependant, comme souligné précédemment, d’autres processus ayant lieu dans la colonne d’eau (i.e. dégradation de MO induisant le relargage des ETM) peuvent influencer les processus de libération, d’accumulation et/ou de remobilisation. Le comportement des ETM le long de l’estuaire fluvial a été principalement étudié dans sa partie saline et nettement moins documenté en ce qui concerne les processus en eau douce (i.e. influence de la marée dynamique), alors qu’une forte réactivité dans cette zone dynamique a été mise en évidence comme décrit dans le Tableau 2-3 (Audry et al., 2006; Masson et al., 2011b; Petit et al., 2013).
CHAPITRE 2
73
Conclusion
Nous avons montré dans ce Chapitre qu’à l’interface entre une zone urbaine et l’estuaire, chaque système est composé de plusieurs paramètres complexes qui influencent les sources et les cycles des ETM. La compréhension de ces facteurs permet de quantifier et d’évaluer les impacts potentiels des ETM provenant des stations d’épuration de la CUB et se déversant dans l’estuaire fluvial, qui peuvent varier dans le temps et l’espace en fonction de la qualité et de la quantité (i.e. MO, MES) des rejets.
CHAPITRE 3
75