Les méthodes actuelles de prélèvement et de mesure en limnologie

Proceedings Chapter

Reference

Les méthodes actuelles de prélèvement et de mesure en limnologie

VERNET, Jean-Pierre

VERNET, Jean-Pierre. Les méthodes actuelles de prélèvement et de mesure en limnologie. In:

Pro aqua - pro vita 80 : 8e Salon international et journées d'information de la

protection du milieu vital : eau, eaux usées, déchets, air, bruit . Basel : Pro Aqua, 1980.

p. 1-10

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:148408

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LES METHODES ACTUELLES DE PRELEVEMENT ET DE MESURES

EN LIMNOLOGIE

Prof.Dr. J.P. ~Ër~~~

Laboratoire d geologie- Université de Geneve1 Versoix

1 . INTRODUCTION

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Le Laboratoire de Limnogéologie des Sciences de la Terre de l'Université de Genève s'est intéressé depuis une dizaine d'années aux sédiments et à l'eau qui leur est associée. La brièveté du temps imparti à cet exposé nous oblige à nous limiter à ces deux domaines.

Si chacun s'accorde pour appeler sédiment la matière dé- posée sur le fond d'un lac ou d'une rivière, il faut néanmoins préciser qu'en sédimentologie ce terme désigne aussi la mati- ère minérale et les restes d'organismes morts qui tombent lentement dans la colonne d'eau. La limite existant entre le sédiment et le reste du milieu aquatique est souvent peu dis- cernable par exemple, des organismes vivants, comme les bactéries, extraient des sels dissous de l'eau pour les faire précipiter et les fixer sur leur corps même. Il y a donc, dans la Biosphère, une certaine interdépendance entre le monde vi- vant et le monde minéral. Il faut également distinguer les

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les sédiments autochtones, produits dans le milieu même, des sédiments allochtones ou détritiques, dont les sources sont extérieures au lac.

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Fig. 1 Le KOURY, bateau du Laboratoire de Limnogéologie de l'Université de Genève.

L'étude d'un lac comprend, pour le sédimentologue, deux parties relativement distinctes :

le contenu : l'eau et les sédiments en suspension;

- le contenant les sédiments superficiels et anciens dé- posés sur le fond, et leur eau interstitielle.

On a trop souvent négligé la deuxième partie, limitant l'étude d'un lac à la chimie des eaux et à la biologie . Or, les sédiments sont essentiels à la compréhension d'un bassin lacustre, car ils sont le reflet fidèle des conditions régnant ou ayant régné dans le milieu. Du temps de FOREL (1892), ce rô- le particulier n'était pas encore connu et il fallut attendre les travaux de NIPKOW (1920) pour le découvrir. Par la suite,

de nombreux chercheurs s'intéresseront aux sédiments etZULLIG (1956) soulignera clairement cette interdépendance "Sedimen- te als Ausdruck des Zustandes eines Gewissers".

La figure 2 montre, sous la forme d'un schéma, les diffé- rentes relations existant entre les divers composants du mi- lieu aquatique et les sédiments.

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SORTIE

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Fig. 2 La place des sédiments dans le milieu lacustre.

Enfin, lorsque toutes les informations sur le milieu ont été récoltées, il est essentiel de pouvoir les traiter sta- tistiquement. Pour cela, il est indispensable de créer une

banque de données et une série de programmes informatiques qui classent, comparent et reproduisent graphiquement les résul-

tats. C'est un aspect aujourd'hui très important du travail, car les méthodes et les moyens modernes fournissent un nombre

c~nsidérable de paramètres.

2. LES SEDI MENTS EN SUSPENS ION ET L' EAU

L'étude in situ du milieu aquatique au moyen de sondes automatiques à enregistrement continu nous est apparue comme étant nettement supérieure à l'analyse en laboratoire d'échan- tillons ponctuels d'eau. Les meilleurs résultats ont été obte- nus avec la combinaison d'un "Hydropolytester ZÜllig de type HPT 77" et d'un turbidimètre "Eur-control MEX 2" gradué en FTU (Formazing Turbidity Units). Les paramètres enregistrés avec cette configuration sont les suivants :

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2 dissous - Conductivité - Turbidité

Pour assurer et maintenir une certaine qualité des résultats, les sondes doivent être fréquemment et soigneusement étalon- nées. Ainsi, sur le bateau utilisé pour les prélèvements, on obtient immédiatement les principaux paramètres du milieu et on peut décider quels niveaux seront échantillonnés. On opti- malise de cette façon l'intervention en supprimant le carac- tère aléatoire du prélèvement. Prenons comme exemple la figu-

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re 3 qui représente le sondage 81 effectué en deux heures sur une tranche d'eau de 309 m. L'opérateur détecte immédiatement une couche turbide à -30 m., une anomalie à -230 m. et un re- largage au niveau de l'interface eau-sédiment entre -309 m.

et -290 m. Sur la base de ces constatations, il décide sur place de sa grille d'échantillonnage. Les autres sondes lui fournissent des informations complémentaires essentielles : abaissement du pH et teneur quasi nulle de l'oxygène dissous dans la tr~nche d'eau affectée par la remise en suspension de sédiments du fond entre -309 et -290 m. Ce type d'appareilla- ge permet aussi de réaliser des profils horizontaux dans les- quels la variable n'est plus la bathymétrie, mais le temps d'enregistrement. On peut ainsi suivre l'évolution dans le temps des phénomènes détectés .

La récolte des échantillons se fait à l'aide d'une bou- teille de 60 litres en pvc, construite au Laboratoire de Lim- nogéologie sur la base de plans originaux. Les prélèvements terminés, le traitement s'effectue dans les heures qui suivent au laboratoire, suivant l'organigramme de la figure 4. Les sédiments en suspension sont récoltés pour ultra-filtration sur des filtres "Sartorius" (S-0,2 p et S-0,8 µ) et "Nucléo- pores" (N-0,4 µ et N-0,8 µ), puis échantillonnés à l'emporte- pièce pour être soumis à l'analyse chimique •

La figure 5 représente les constituants les plus abondants des sédiments en suspension, soit :

la phase minérale, qui comporte des phyllites argileuses et des carbonates, essentiellement de la calcite (SA) dont les cristaux se corrodent durant la sédimentation. Celle- ci est composée de minéraux allochtones et autochtones

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- une phase vivante, les mangano-bactéries (5C) qui fixent sur leur corps des composés de fer et de manganèse.

Cette figure donne un exemple de l'étude morphologique des sédiments ou particules en suspension.

3. LES SEDIMENTS DU FOND

Les sédiments superficiels sont prélevés soit par bennage, soit par carottage, avec des carottiersde grand diamètre ména- geant l'interface. Pour le traitement informatique ultérieur, on a intérêt à utiliser une grille d'échantillonnage à maille régulière.

Les sédiments anciens ne peuvent être récoltés qu'avec des carottiers de plusieurs mètres de longueur. Le Laboratoire de Limnogéologie a fait ses meilleures expériences avec un carot- tier à piston du type Mackereth, mû par air comprimé, carot- tier dont la vitesse de pénétration dans le sédiment peut être réglée.

Il est souhaitable de connaitre aussi précisément que pos- sible la superposition des strates sédimentaires avant de corn- mencer une campagne de carottages. Une c a mpagne sismique pré- alable nous renseignera exactement quant au type et à l'épais-

5

seur des sédiments, et sur le redoublement éventuel d'une série de strates par glissement sur le talus lacustre. Ceci est il- lustré par la figure 6, reproduisant un sismogramme au sondeur a vase.

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3.1. Les sédiments superficiels

Du fait de l'hétérogénéité de la granulométrie des sédi- ments superficiels, nous avons proposé, dès 1970, d'effectuer une granulométrie complète et de sélectionner pour l'analyse géochimique la fraction de 0-62,5 microns comprenant les argi- les et les limons dans l'échelle de Wentworth, soit tous les complexes absorbants du sédiment. En plus, on effectue un dosa- ge du carbone organique et du carbone inorganique, ce qui per- met d'améliorer l'interprétation géochimique. Si l'on s'intéres- se au problème de l'eutrophisation, une spéciation des formes du phosphore est également nécessaire. Elle se fait selon la méthode mise au point par WILLIAMS (1976, 1978). La figure 7 présente le mode opératoire de cette spéciation. Les autres méthodes d'analyse sont trop connues pour être décrites ici elles sont identiques à celles données dans l'organigramme de l'analyse des sédiments en suspension. Grâce à l'ordinateur, on peut calculer les moyennes des résultats obtenus et impri- mer automatiquement des cartes du type de celles données par la figure B.

3.2. Les sédiments anciens

L'établissement d'une bonne stratigraphie est nécessaire celle-ci peut s'obtenir par les méthodes isotopiques ou paléo- magnétiques, ou encore par l'étude de la faune et de la flore.

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7

Les isotopes donnent une chronostratigraphie absolue. Yn iso- tope récent et artificiel, le césium 137, résultant des explo- sions nucléaires, est utilisé pour la datation des couches récentes (dernières décennies) (FAVARGER, 1979), ainsi que pour les problèmes récents de pollutions par les métaux lourds.

Pour la datation de modifications plus anciennes du milieu, par exemple l'eutrophisation, on fait appel à d'autres isotopes dont le temps de demi-vie est plus long, tel le 210Pb.

Moins détaillée, mais relativement rapide lorsque l'on connaît les variations magnétiques locales, la méthode paléoma- gnétique peut-être utilisée avec succès (CREER, 1975).

Si l'on veut obtenir une connaissance plus générale du bassin, de son peuplement végétal ou animal et de sa paléo- climatologie, on utilise plutôt l'analyse sporo-pollinique.

Des subdivisions climatiques avec un espace-temps plus grand et un véritable historique de l'évolution du bassin sont ainsi obtenus. Dans certains cas particuliers, la palynologie donne aussi des coupures plus récentes (VERNET, 1980) pour résoudre des problèmes de contamination ou de vitesse de sédimentation.

4. LE TRAITEMENT INFORMATIQUE DES DONNEES

Le laboratoire de limnogéologie utilise depuis une dizai- ne d'années un ensemble de programmes permettant d'assurer la gestion et le traitement graphique des informations recueil- lies sur le lac. E. DAVAUD et J.-M. JAQUET ont mis sur pied une banque de données réunissant toutes les informations physico- chimiques et biologiques recueillies depuis 1957 par la "Commis- sien internationale pour la protection des eaux du Léman contre la pollution". Celle-ci travaille selon le schéma présenté à la figure 11.

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Nous avons tenté de réduire au maximum cet exposé en uti- lisant, à titre d'exemple, une série de figures. Comme on le voit, même en nous limitant au problème de l'étude de l'eau et des sédiments selon les méthodes du laboratoire de limnogéo- logie de l'Université de Genève, nous ne pouvons quitter le plan des schémas ou organigrammes. Les méthodes citées sont pour la plupart relativement connues et nous renvoyons les lecteurs à la bibliographie pour les questions de détail.

6. BIBLIOGRAPHIE

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