Influence des rejets de deux stations d'épuration sur la teneur en phosphore des sédiments côtiers du Léman

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Influence des rejets de deux stations d'épuration sur la teneur en phosphore des sédiments côtiers du Léman

WILLIAMS, J.D.H., JAQUET, Jean-Michel, VERNET, Jean-Pierre

Abstract

On étudie l'influence des rejets de deux stations d'épuration sur la teneur des sédiments côtiers en phosphore, fer et carbone organique. Ces deux stations sont situées sur le littoral lémanique, l'une à Lausanne (Vidy), l'autre à Morges. La quantité de phosphore des sédiments situés dans la zone de rejet de Vidy excède dix fois la teneur naturelle. Les très fortes valeurs trouvées également pour le fer indiquent qu'une pattie du complexe ferro-phosphaté formé lors de l'épuration est relâchée avec les effluents. Les effets de la station de Morges sont moins marqués et ne sont pas visibles dans la distribution géographique du phosphore total dans les sédiments. En revanche, l'utilisation des rapports [fer extractible]/[phosphore non-apatite] et [carbone organique]/[phosphore organique] montre que les effluents de la station de Morges ont enrichi les sédiments côtiers en phosphore à presque deux fois la teneur naturelle. Ces rapports semblent être de meilleurs indicateurs de l'enrichissement des sédiments que les valeurs du P total.

WILLIAMS, J.D.H., JAQUET, Jean-Michel, VERNET, Jean-Pierre. Influence des rejets de deux stations d'épuration sur la teneur en phosphore des sédiments côtiers du Léman.

Schweizerische Zeitschrift für Hydrologie , 1978, vol. 40, no. 2, p. 361-373

DOI : 10.1007/BF02502349

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:151239

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Schweiz. Z. Hydrol. 40/2, 1978, Birkhauser Verlag Basel 361

Influence des rejets de deux stations d'6puration sur la teneur en phosphore des s6diments c6tiers du L6man

Par J. D. H. Williams t m), J.-M. Jaquet 2) et J.-P. Vernet 2) Manuscrit requ le 14janvier 1978

ABSTRACT

Effect of two sewage treatment plants on the phosphorus content of sediments, Lake Geneva. Switzerland The effect of discharges from two sewage treatment plants located on the northern shore of lake Geneva on surrounding sediments was investigated.

Four forms of phosphorus were analyzed, together with extractable iron and organic carbon. Areal distribution of the parameters and correlation analysis show that the sewage treatment plant at Vidy discharges into the lake significant amounts of phospho-ferric precipitate. The influence of the other plant at Morges is more discrete, but its extent can be traced by the areal distribution of the ratios [Fe- extr.]/[non-apatite inorganic P] and [organic carbon]/[organic phosphorus].

1. Introduction

Dans de nombreux lacs, les apports anthropog6niques de nutrients et de m6taux lourds se sont fortement accrus au cours de ces derni~res ann6es. Cette 6volution se refl6te dans une augmentation parall~le des taux de s6dimentation de ces subs- tances, mise en 6vidence par Kemp et al. [10] dans le lac Eri& F6rstner et MOiler [6]

dans le Bodensee et par Vernet et Favarger [14] dans le L6man.

Darts le cadre d'un inventaire des sources de pollution des s6diments dans le bassin 16manique, Vernet et Jaquet [15] ont 6valu6 rimpact des rejets des stations d'6pura- tion (STEP) principales dans le cas des m6taux lourds et des nutrients. Le pr6sent travail s'attache tt d6terminer l'influence de deux STEP sur la g6ochimie du phos- phore, du fer et du carbone organique au niveau des s6diments.

2. Zones et mat6riel 6tudi6s

La STEP de Vidy traite les eaux us6es de toute la r6gion lausannoise, soit 330000 6quivalents-habitants. Avant 1965, les 6gouts se d6versaient directement dans le lac.

Par la suite, on passa aux traitements primaire et secondaire, pour finir par la raise en route de la d6phosphatation en 1971. Ce dernier proc6d6 utilise la m6thode classique au chlorure de fer.

1) Canada Centre for Inland Waters, Burlington, Canada 2) Laboratoire de Limnog6ologie, Universit6 de Gen6ve

362 J. D.H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vernet: Phosphore des s6diments du L6man A Morges, la STEP a une capacit6 de 35 000 6quivalents-habitants et ne comprenait que les stades primaire et secondaire au moment o/~ le travail de terrain a 6t6 effectu~.

Quarante-huit 6chantillons de s6diment superficiel ont 6t6 r6colt6s/t Vidy et trente- huit/t Morges, aux positions indiqu6es sur les figures 1 et 3. Les analyses ont 6t6 faites sur les 5 mm sup6rieurs du s6diment pr61ev6s par benne ~shipek)), et la granulom6trie d6termin6e sur la couche imm6diatement sous-jacente. La portion destin6e/t la g6ochimie a 6t6 tamis6e/t 63 lxm et seule la fraction fine analys6e, afro d'61iminer l'effet de dilution des fractions grossi6res.

3. M6thodes analytiques

Le carbone organique a 6t6 d6termin6 par la m6thode de Walkley et Black [16], dont les r6sultats concordent fort bien avec ceux obtenus au four Leco [7].

Les formes du phosphore et du fer suivantes ont 6t6 analys6es:

-- Phosphore de rapatite.

-- Phosphore inorganique non-apatitique.

-- Phosphore organique.

-- Phosphore total.

-- Fer facilement extrait.

Tableau !. Nomenclature des formes du phosphore et du fer.

Table 1. Nomenclature of forms of phosphorus and iron.

Nora de la forme Abrdviation Nora de restimation

analytique

Carbone organique OC O-C

(organic carbon)

Fer facilement extrait Fe-extr. Fe-extr.

(readily extractable iron) (extr. iron)

Phosphore total TP T-P

(total phosphorus)

Phosphore inorganique IP T-IP

(inorganic phosphorus)

Phosphore organique OP T-OP

(organic phosphorus)

Phosphore de rapatite AP A-IP

(apatite phosphorus)

Phosphore inorganique non-apatitique NAIP NA-IP

(non-apatite inorganic phosphorus)

Les abr6viations de ces formes ainsi que la terminologie anglaise correspondante sont report6es dans le tableau 1. La m6thode d'extraction utilis6e est une version simplifi6e des proc6dures pr6sent6es par Williams et al. [17]. En bref, le phosphore inorganique (T-IP) est obtenu par dosage de l'orthophosphate darts rextrait r6sul- tant de l'attaque du s6diment par HC1 1N /t 25 *C pendant 16 heures. Le fer facilement extrait est mesur6 sur la m~me liqueur d'attaque. Le phosphore organi- que (T-OP) est d6termin6 par combustion/~ 550 *C du r6sidu de la premi6re attaque, suivie d'une seconde extraction par HCI 1 N. T-OP est 6gal/t la concentration en

J. D.H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vernet: Phosphore des s6diments du L~man 363 orthophosphate de ce deuxi~me extrait et le phosphore total s'obtient en addition- nant T-IP et T-OP. Pour la d6termination du phosphore apatitique (A-IP), le s~diment est d'abord trait~ par une solution de dithionite-citrate-bicarbonate (DCB), puis par NaOH. Le r6sidu est ensuite attaqu6 par HC1 1 N e t A-IP et 6gal h la concentration d'orthophosphate darts cet extrait. Enfin, l'estimation du phosphore inorganique non-apatitique (NA-IP) est ~gale/~ T-IP moins A-IP.

4. R~sultats et discussion 4.1 R~gion de Vidy

4.11 Distribution spatiale des valeurs

Les valeurs report6es dans le tableau 2 montrent qu'h Vidy, les s6diments peuvent 8tre divis6s en deux groupes. Dans le second d'entre eux, toutes les variables, hormis l'argile, ont des valeurs qui d6passent les moyennes des 6chantillons pris tous ensemble et la valeur de NA-IP la plus 61ev6e d6passe de cinquante fois la moyenne pour la zone de Morges et celle de l'ensemble des s6diments du lac Eri6.

Tableau 2. Moyennes et 6tendues des variables pour les s6diments de Vidy et Morges. Les moyennes pour le lac Eri6 sont donn6es/~ titre de comparaison (Williams et al. [17]),

Table 2. Ranges and means of parameters for Vidy and Morges sediments. Mean values for Lake Erie (Williams et al. [17]) are added for comparison.

Etendue Moyenne

Vidy Morges Vidy Morges Lac

Eri6 Groupe 1 Groupe 2 Tous les Groupe 1

n=40 n=8 n=38 6chantillons n=40

Argile (,%) 0,4-26 0,5-6 1,5-45 7,7 8,1 17 33

Fe-extr. (rag/g) 2,2-18 31-44 2,8-9,9 13 8 5,7 n.d.

O-C (%) 0,5-5,1 7-13 0,6-5,7 3,2 2,2 2,1 1,9

T-P (~g/g) 530-3800 9400-21000 230-1270 3400 1600 880 880

A-IP ~g/g) 350-960 1300-5700 170-650 840 570 360 450

NA-IP (ttg/g) 90-3100 9500-17000 60-590 2800 870 280 330

T-OP (l.tg/g) 60-340 510-1000 14-380 250 170 220 110

La carte de r6partition des valeurs de NA-IP /~ Vidy (fig. 1) montre clairement l'influence de la STEP sur les s6diments c6tiers. Les huit 6chantillons du groupe 2 sont localis6s au voisinage de la sortie de l'effluent et les valeurs de NA-IP d6crois- sent en g6n6ral lorsqu'on s'en ~loigne. Les autres variables montrent une tendance analogue, ~ l'exception de l'argile.

4.12 Relations g6n6rales entre les variables

L'influence de la composition texturale et min6ralogique des s6diments (exprim6e par le pour-cent d'argile) sur leur teneur en nutrients a 6t6 d6montr6e h plusieurs

364 J. D. H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vernet: Phosphore des s~diments du L6man

Phosphore inorgonique o- i mg/g

non- apatitique -+- i - 1,5

0 _{I ,} I km _I 0 1,5 - 3

9 9- 13

Q

Les Pierrettes ~ ~ = S t ~ ~ ~ Lousonne

/.".-,.. .\

J " /' i* =-* - -\." "NLe Flon

._'/o-.'_

9 . fO . 0 -e I " ~/-.J.~.,.-~-

I "I" f ~ "

~ 0 4-/

. \ ,, + 4./. /

Figure 1. Distribution g6ographique des teneurs en phosphore inorganique non-apatitique (NA-IP) dans les s6diments de Vidy.

Figure I. Areal distribution of NA-IP content of Vidy sediments.

reprises et en particulier dans le lac Eri6 [17]. Cette relation existe aussi h Vidy pour autant que l'on exclue les s~diments du groupe 2, totalement influenc6s par les rejets (tabl.3).

Tableau 3. Matrice des coefficients de corrdlation entre les variables pour tousles ~chantillons de Vidy (au-dessus de la diagonale) et sans ceux du groupe 2 (en dessous de la diagonale).

Table 3. Matrix of correlation coefficients for all Vidy samples (upper right half) and with the eight highest samples excluded (lower left half).

O-C Argile Fe-extr. T-P A-IP NA-IP T-OP

O-C - 0,18 0,94 0,92 0,81 0,90 0,98

Argile 0,66 - 0,09 -0,12 -0,16 -0,13 0,LI

Fe-extr. 0,87 0,67 - 0,93 0,73 0,95 0,95

T-P 0,54 0,22 0,77 - 0,90 0,99 0,96

A-IP 0,01 -0,26 0,22 0,65 - 0,84 0,83

NA-IP 0,51 0,23 0,76 0,98 0,53 0,94

T-OP 0,95 0.65 0,91 0,65 0,13 0,62 -

La vadabilit6 des teneurs en T-P est presque exclusivement fonction de celle de NA-IP, comme indiqu6 par la r6gression lin6aire

J.D.H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vernet: Phosphor e des s~diments du L~man 365 IT-P] = (0,999 5: 0,022) [NA-IP] + (670 + 120).

En d~pit de cela, une analyse de correlation (tabl. 3) indique que les trois formes du phosphore augmentent avec la teneur en T-P, quoique les corr61ations soient moins fortes si les s*diments du groupe 2 sont exclus.

Les fortes corr61ations positives entre la quasi-totalit6 des variables et rindividuali- sation des s~diments du groupe 2 ~t la sortie de l'effluent indiquent que la STEP d6charge dans le lac de grandes quantit~s de phosphore, carbone organique et fer.

Le carbone organique repr6sente probablement du mat6riel incompl~tement min6- ralis6 lors de l'6puration secondaire. La proportionnalit6 entre O-C et T-OP (expri- m~s en I.tg/g) est donn6e par

[O-C] = (132 5: 3) [T-OP] - (1300 5: 5000).

La valeur moyenne du rapport [O-C]/[T-OP], bas~e sur cette 6quation, est voisine de celle qui a 6t6 calcul~e pour les s~diments du lac Eri~ (env. 124). Cette similitude laisse h penser que le mat6riel organique d6charg~ par la STEP est de nature assez semblable h celui qui se d~pose au fond du lac dans les zones peu pollu6es, oct la concentration en phosphore est plus basse. Si tel est bien le cas, ce mat6riel organi- que ne devrait pas recycler, dans l'eau du lac, de phosphore sous une forme facile- ment assimilable par le phytoplankton.

4.13 Le complexe ferro-phosphat6

Dans les s6diments de Vidy, Fe-extr. est fortement corr616 avec NA-IP et T-OP (tabl. 3). A premi6re vue, cette relation g6ochimique ressemble beaucoup h celle qui a 6t6 raise en 6vidence dans le lac Eri6. A Vidy, toutefois, cette 6troite corr61ation provient de la d6charge au lac d'une certaine quantit6 du pr6cipit6 ferro-phosphat6 produit lors de la phase tertiaire du traitement dans la STEP. La figure 2 indique que le rapport atomique [Fe-extr.]/[NA-IP] d6croh rapidement lorsque Fe-extr.

augmente, et atteint une valeur de 1,75 5:0,20 dans les s6diments <<pollu6s>> du groupe 2.

25-

20- A

z~

10-

0 0

9 ~

~176

~149 9 9 ~ ~ o

%

9 ~ ~ .~176

,b 2b 3'0 *b Fe - extr ( mg/g )

Figure 2. Relation entre [Fe-extr.]/[NA-IP] et Fe-extr. dans les s6diments de Vidy.

Figure 2. Relationship between [Fe-extr.]/[NA-IP] and Fe-extr. in Vidy sediments.

366 J. D. H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vernet: Phosphore des s~diments du L~man Ce chiffre est h rapprocher des rfsultats obtenus par Tessenow [12]: lorsque les ions Fe a+ sont utilisfs pour prfcipiter l'orthophosphate en solution h pH voisin de 7, la composition du pr~cipit6 tend asymptotiquement vers une valeur [Fe]/[P] de 2,0 lorsque la concentration de la solution en PO~- augmente. Ces rfsultats indiquent que la correlation entre la composition du prfcipit~ et PO~- peut s'exprimer par une isotherme de Langmuir.

La relation entre Fe-extr. et NA-IP dans les s~diments du lac Eri6 a 6t6 interprftfe par Williams et al. [17] comme indiquant la sorption de PO~- par les oxydes de fer amorphes darts la zone oxydfe de l'interface.

I1 est possible que le complexe ferro-phosphat6 rel~ch6 par la STEP de Vidy perde de l'orthophosphate par 6change ou adsorption par les ions hydroxydes. Une partie de ce phosphate pourrait diffuser dans l'eau alors qu'une autre partie se fixerait dans les sfdiments en r~agissant, par exemple, avec les oxydes de fer qui y sont prfsents naturellement. Le relargage de POa4 -/t partir du complexe pourrait cesser lorsque le rapport [Fe]/[P] se rapprocherait de sa valeur naturelle (5-15, fig. 2), ou lorsque le matfriel serait enfoui dans la colonne sfdimentaire.

Bien qu'une partie de l'orthophosphate rel~ch6 par le complexe puisse ~tre utilisfe par le phytoplankton, il est peu probable que cette forme constitue une source de phosphore aussi efficace que l'orthophosphate soluble dfcharg6 directement dans le lac.

4.14 Le phosphore de l'apatite

La concentration en A-P des sfdiments du groupe 2 est beaucoup plus ~levfe que celle des sfdiments du Iac Eri6 (tabl.2). Cela pourrait provenir de la formation d'apatite secondaire par rfaction de l'orthophosphate avec CaCO 3, lequel constitue 20-30% du poids du sfdiment dans la baie de Vidy.

Jusqu'h present, la formation d'apatite par diagen~se n'a pas ~t~ constat~e dans les sfdiments lacustres. A Vidy, toutefois, la concentration en PO~- est si 61evfe qu'elle pourrait expliquer l'existence de ce phfnomfne.

4.2 R~gion de Morges

4.21 Distribution spatiale des valeurs

Darts la baie de Morges, la teneur des sfdiments en phosphore, mati~re organique et fer est beaucoup plus basse qu'~ Vidy (tabl. 2), ce qui indique une moindre influence de la STEP. Comparfs h ceux du lac Erif, les sfdiments de Morges sont plus riches en O-C et un peu plus pauvres en A-IP. Les histogrammes des difffrentes variables (non figurfs) indiquent une distribution plus rfgulifre qu'h Vidy, exception faite de O-C (une valeur anormalement forte).

Les cartes de distribution gfographique des teneurs en phosphore ne laissent pas apparaitre non plus une forte influence de la STEP sur les s~diments c6tiers. Pour T-P, hautes et basses valeurs sont rfparties irrfguli~rement darts tout le domaine 6tudif. Ce fait est la consfquence de la multiplicit6 des points de rejets des 6gouts

J. D. H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vemet: Phosphore des s~diments du L6man 367

qui existait avant la mise en service de la STEP (fig. 3 b). En revanche, la distribution de la fraction apatitique est plus int6ressante. L'6tude d'une carotte pr61ev6e dans la baie de Morges [19] a montr6 que la quasi-totalit6 de A-IP 6tait d'origine d6tritique, comme darts le lac Ed6 [18]. On remarque (fig.3c) que les valeurs d'A-IP ont tendance/t ~tre plus 61ev6es vers le rivage, refl6tant ~ nouveau la situation observ6e dans le lac Eri6, mais avec moins de nettet6 vu l'extension g6ographique limit6e de la baie. Les figures 4a et 4b indiquent que la teneur en A-IP des s6diments fins riches en Fe-extr. est h peu pr6s constante/t 300 lag/g, 16g6rement moins qu'~t Eri6.

Les maxima se localisent dans trois zones (fig.3c): ~ l'embouchure de la Venoge et de la Morges, deux rivi6res relativement importantes, et ~t rest de l'embouchure du Bief, ruisseau co'fncidant avec l'exutoire de la STEP.

II est donc probable que l'apatite d6tritique soit transport6e dans la bale de Morges par ces trois cours d'eau, dont les bassins versants sont tai116s dans la molasse et les d6p6ts glaciaires [13].

Enfin, la distribution des valeurs de NA-IP et T-OP (fig. 3d, e) est aussi plus r6gu- li6re que celle de T-P, avec des maxima localis6s dans une zone allong6e au sud de l'exutoire. Cinq des six plus faibles valeurs de NA-IP se trouvent fans des s6diments pr61ev6s aux abords du rivage.

4.22 Corr61ation entre les variables

La matrice des coefficients de corr61ation entre variables pour la r~gion de Morges est report6e dans le tableau 4: en g6n6ral, les valeurs en sont plus basses que pour les s6diments de Vidy. L'on notera 6galement qu'h Morges, A-IP est corr616 n6ga- tivement avec O-C et Fe-extr., h l'inverse de ce qui se passe h Vidy. Cette corr61ation confirme bien la nature d6tritique de l'apatite dans la baie de Morges.

A l'instar de Vidy, la majeure partie de la variabilit6 exhib6e par T-P peut ~tre attribu6e/t celle de NA-IP, laquelle forme est par ailleurs fortement corr61~e avec T-OP (tabl.4).

La forte corr61ation entre la teneur en argile du s6diment et Fe-extr. s'explique par l'affinit6 bien connue des oxydes de fer pour les particules argileuses [4]. En outre, les valeurs de Fe-extr. croissent vers le large (fig. 3), ce qui refl6te la tendance des s6diments fins/L se d6poser en eau plus profonde [9].

Tableau 4. Matrice des coefficients de corr61ation entre les variables pour tousles ~chantillons de Morges (au-dessus de la diagonale) et en excluant un 6chantillon/t teneur en O-C anormale (en dessous de la diagonale).

Table 4. Matrix of correlation coefficients for all Morges samples (upper right half) and with one sample of anomalously high organic carbon excluded (lower right half).

O,C Argile Fe-extr. T-P A-IP NA-IP T-OP

O-C - 0,04 0,48 0,51 - 0,38 0,62 0,64

Argile 0,21 - 0,84 -0,13 -0,42 0,10 0,08

Fe-extr. 0,60 - 0,29 - 0,51 0,50 0,44

T-P 0,60 - 0,22 0,90 0,85

A-IP -0,43 -0,19 -0,18

NA-IP 0,76 - 0,91

T-OP 0,74

368 J. D. H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vernet: Phosphore des s~diments du L~man

I Co)

0 Ikm

,~ 2 - 5 mg/g

~ + 5-7

; -0- 7-9

9 >9

STEP ~,

l

^{+ ":}

I

l'opatite J

0 I km < 325 ,~g/g

9 .~ +325- 350

o5 0 350- 400

9 >400 STEP

: / ' , + 7 - -

~o N.../L...--

I JV. oo) + + ⁹

"L.'..',"

I.c-6o..,--- "-~ I

Cb) Phosphore totol J t

o ikm < 800 Hg/g

.~ + ⁸⁰⁰ - ⁹⁰⁰

0 900 - I000

t 9 > tO00

STEP

..S,,:+ : o

(d) Phosphore inorganique non- apatitique

0 I km < 300pg/g

"; + 3O0 - 400

l ~ -0-400- 500

f 9 > 500

I~1 STEP

I [,e, Phos0,or. or0~ I I,,, Ro00or, ~..,,~,tN~ ,P~]

O I km O t km

,.~ 9 too - 200 pg/g ,.~ >t2

]~ =B + 200 - 250 i ,,~ + t2 - 10

_~ -~-250-300 + o, 0 tO- 8

9 >300 ~ 9 8- 7

STEP ~' STEP ~,

g ~

~ § 2 4 7 § § ,>§ .,<./ j ~,~ . . . . ~. . ..

L '''~--~' I _"c"~~

[ O-C

]/[T-OP]I (g)

i

0 , I km = > |00

+ I00- 80

-8- 8o-

70

; 9 <70

STEP

.~. TLo;

Figure 3. Distribution g6ographique des teneurs et des rapports entre les variables dans les s~diments de la bale de Morges.

Figure 3. Areal distribution of concentrations and concentration ratios of phosphorus and iron in Morges sediments.

J.D.H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vemet: Phosphore des s6diments du L~man 369

4.23 Mise en 6vidence de l'influence de la STEP

Darts l'espoir de d6celer l'influence, si mod6r6e soit-elle, des rejets de la STEP sur les s6diments de la bale de Morges, l'on a eu recours aux deux rapports suivants:

[Fe-extr.]

RI-- [NA-IP] ' R2 = [O-C]

[ T - O P ] "

En ce qui concerne R 1, les valeurs du tableau 4 montrent que Fe-extr. et NA-IP ne sont pas tr6s bien corr616s, et la figure 4c n'indique aucune relation entre RI et Fe- extr. En revanche, la carte de r6partition de R~ (fig.3f) montre que les valeurs minimales de ce rapport sont localis6es dans deux zones: la plus grande d'entre elles est une bande s'6tendant de part et d'autre de l'exutoire de la STEP et comprenant ~t rest l'embouchure de la Venoge. La seconde zone se trouve ~t l'embouchure de la Morges.

Ces r6sultats sugg~rent que le d6versement, dans le milieu lacustre, d'eau charg6e en orthophosphate peut ~tre d6cel6 par une variation du rapport [Fe-extr.]/[NA-IP]

dans les s~diments. Le m~canisme de cette variation est probablement une competi- tion entre 6change et adsorption de PO~- et d'ions OH- par les oxydes de fer amorphes pr6sents ~t l'interface eau-s6diment [17]. Quant h la forme asym6trique de la zone de faibles valeurs de R~ autour de l'exutoire, cUe peut s'expliquer par la pr6sence de courants dominants vers rest [2].

Les s6diments compris dans la ~plume>> qui prend naissance ~ l'exutoire de la STEP ont tous un rapport R~ valant entre 7 et 10, alors que pour ceux qui se trouvent en dehors, R 1 varie entre 13 et 18. On peut en conclure que les s6diments influenc6s par la STEP de Morges ont des teneurs en NA-IP atteignant presque le double de la normale.

Comme ~t Vidy, ce phosphore en exc6s est une source potentielle de nutrient pour le phytoplankton, pour autant qu'il puisse 8tre recycl6 dans la colonne d'eau.

Si ron consid6re maintenant le rapport [O-C]/[T-OP] (R2), on volt qu'il n'est pas corr616 avec O-C (fig.4d). En revanche, la figure 3g montre que les s6diments ayant un R2 peu 61ev6 (< 70) sont concentr6s au voisinage de l'exutoire de la STEP, alors que les autres 6chantillons ont des valeurs de R: d6passant 100, comparables ~t celles des s6diments du lac Efi~.

L'on peut en conclure que la STEP de Morges et, dans une moindre mesure, la Venoge et la Morges, d6chargent dans le lac des substances organiques plus riches en phosphore que la mati6re organique contenue darts les s~diments lacustres

~tnormaux>). En comparant les valeurs de R 2 darts la zone proche de la STEP (R 2 = 40-50) et en dehors (R 2 = 90-100), on voit que les s6diments ~pollu6s>> ont des teneurs en phosphore organique ~t peu pros le double de la normale. La relative constance du rapport R~ observ6e darts des s6diments ~tnormaux>> de plusieurs localit6s laisse h penser que la mati6re organique fiche en phosphore qui atteint le

370 (a) too.

500-

~-~ 300-

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~ o 20- n ~ 10-

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J. D. H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vernet: Phosphore des s~diments du L6man

9 ~149 *

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Fe - extr ( mg/cJ )

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[ Fe - extr ] / [ NA - IV ] ( Rapport atomique )

Figure 4. Relation entre les variables dans les s6diments de la baie de Morges.

Figure 4. Relationships between variables in Morges sediments.

s6diment y subit une d6gradation microbienne jusqu'h ce que R 2 atteigne la norme de 90-110. Durant ce processus, il est possible que l'orthophosphate produit lors de la d6gradation des compos6s organiques du phosphore soit rel~tch6 dans reau sus- jacente.

J. D. H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vernet: Phosphore des s~diments du L~man 371 S'il est vrai que l'influence de la STEP se marque par de basses valeurs de R~ et R2, il devrait exister une corrrlation positive entre ces deux rapports. Le diagramme X-Y de la figure 4e tend ~t le confirmer, dans la mesure o~ les srdiments ayant un rapport [O-C]/[T-OP] bas en font de mSme pour [Fe-extr.]/[NA-IP].

En revanche, la distribution grographique diffrrente des valeurs de ces deux rapports nrcessite une explication: il est probable que la matirre organique fiche en phosphore rel~ichre par la STEP l'est sous forme particulaire; elle va donc se srdimenter au voisinage immrdiat du point de rejet, alors que l'orthophosphate dissous provenant de la m~me source mettra plus de temps ~t s'incorporer au srdiment.

5. Discussion et conclusions

Les rejets des STEP de Vidy et Morges influencent les srdiments avoisinants .h des degrrs tr~s diffrrents.

Les fortes concentrations en fer et en orthophosphate des srdiments proches de l'effluent de la STEP de Vidy prouvent qu'une partie du complexe ferro-phosphat6 forms au cours du stade tertiaire de l'rpuration est rel~chre dans le lac. Le rapport [Fe]/[P] peu 61ev6 de ce complexe indique que le phosphore en excrs est susceptible de passer en solution plus facilement que celui qui est associ6 h l'oxyde de fer prrsent dans les srdiments ~naturels,.

Nranmoins, comme ce complexe semble ~tre srdiment6 assez rapidement au fond du lac, sa mise ~t disposition comme nutrient pour les organismes aquatiques est bien moindre que serait celle de la m~me quantit6 d'orthophosphate drjh solubilisde darts l'eau du lac.

A Morges, l'impact de la STEP est plus discret, ~t tel point qu'on ne peut le drceler dans la distribution grographique du phosphore total dans les sddiments. Cela est dO, en partie aussi, h rinfluence de rapatite drtritique amenre par les rivirres, et au fait que les autres formes du phosphore tendent h croitre en direction du large avec la teneur en argile, fer et carbone organique.

Afin de minimiser ces derniers facteurs, l'on a eu recours aux rapports [Fe- extr.]/[NA-IP] et [O-C]/[T-OP]. Leur report sur carte drmontre l'influence des rejets de la STEP sur les srdiments de la baie, se marquant par un enrichissement local en NA-IP et O-P/t deux fois la teneur naturelle. La disponibilit6 6ventuelle de cet exc~s de phosphore pour le phytoplankton n'est pas connue. Sur la base des rrsultats de Chassaing [5] sur la rrgrnrration du phosphore dans la zone profonde du Lrman, l'on peut supposer que le phosphore srdiment6 dans la bale de Morges n'est que peu recycl6 darts la colonne d'eau sous conditions normales. II pourrait le devenir en cas d'anoxie de l'interface eau-srdiment [1, 3, 8] ou ~t la suite d'une resuspension du srdiment sous l'action des vagues ou des courants [11].

Enfin, les rrsultats obtenus h Vidy et h Morges drmontrent que la relation existant entre la teneur des apports en phosphate et celle du srdiment fait de ces derniers de boris indicateurs de pollutions localisres.

372 J. D.H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vernet: Phosphore des sgdiments du L~man R(~sum(~

On 6tudie l'influence des rejets de deux stations d'tpuration sur la teneur des stdiments cttiers en phosphore, fer et carbone organique. Ces deux stations sont situges sur le littoral 16manique, l'une ~ Lausanne (Vidy), l'autre h Morges.

La quantit6 de phosphore des s~diments situts darts la zone de rejet de Vidy exctde dix lois la teneur naturelle. Les tr~s fortes valeurs trouvtes 6galement pour le fer indiquent qu'une pattie du complexe ferro-phosphatg form6 lors de l'gpuration est rel~chge avec les effluents.

Les effets de la station de Morges sont moins marquis et ne sont pas visibles dans la distribution gtographique du phosphore total dans les sgdiments. En revanche, l'utilisation des rapports [fer extractible]/[phosphore non-apatite] et [carbone organique]/[phosphore organique] montre que les effluents de la station de Morges ont enrichi les stdiments cttiers en phosphore ~ presque deux lois la teneur naturelle. Ces rapports semblent 8tre de meilleurs indicateurs de l'enrichissement des s6diments que les valeurs du P total.

ZUSAMMENFASSUNG

Auswirkung des Abflusses yon zwei Klilranlagen auf den Phosphorgehalt des Litoralsediments des Lac L~man

In dieser Arbeit wurde die Auswirkung des Abflusses aus zwei am Genfersee (Lansanne-Vidy bzw.

Morges) gelegenen Kliranlagen auf den Gehalt der Sedimente an Phosphor, Eisen und organischem Kohlenstoff untersucht.

Der Phosphorgehalt des Sediments aus der Einflusszone yon Vidy iibersteigt den nattirlichen Gehalt um das Zehnfache. Die ebenfalls sehr hohen Eisengehalte deuten darauf bin, dass ein Tell der in der dritten Reinigungsstufe gebildeten Eisen-Phosphat-Komplexe mit dem Abfluss in den See gelangte.

Die Auswirkungen der Anlage Morges sind weniger deutiich und kommen in der geographischen Verteilung des Gesamtphosphors im Sediment nicht zum Ausdruck. Hingegen zeigen die Verh~ltnisse [extrahierbares Eisen]/[Nicht-Apatit-Phosphor] und [organ. Kohlenstoff]/[organ. Phosphor], dass der Abfluss der Kl~ranlage Morges das Sediment mit Phosphor angereichert hat, und zwar um fast den zweifachen natiirlichen Wert. Diese Verh~iltniszahlen scheinen eine Phosphoranreicherung des Sedi- ments durch Punktquellen besser wiederzugeben als Gesamtphosphorwerte.

SUMMARY

Effect of two sewage treatment plants on the phosphorus content of sediments, Lake Geneva, Switzerland The effect of discharges from two sewages treatment plants situated on Lake Geneva on the phosphorus, iron and organic carbon content of the surrounding sediments was investigated. The phosphorus content of sediments immediately adjacent to the Vidy treatment plant outlet was raised to over ten times background values. The very high values of iron also found indicated discharge of the iron-orthophos- phate complex formed in the tertiary treatment stage of this plant. The effect of the Morges plant on the surrounding sediments was minor and was not visible in the areal distribution of total phosphorus values in the surrounding sediments. The effect of sediment particle-size distribution and of naturally-occurring apatite on total phosphorus values was compensated for by examining the areal distribution of [extracta- ble iron]/[non-apatite inorganic phosphorus] and [organic carbon]/[organic phosphorus] ratios: these ratios indicated that the Morges plant had enriched adjacent sediments with phosphorus to almost twice background values. These ratios appear to be better indicators of phosphorus enrichment of sediments by point sources than are total phosphorus values.

J. D.H. Williams, J.-M. Jaquet et J.-P. Vernet: Phosphore des stdiments du L~man 373

REMERCIEMENTS

Les auteurs ont apprtci6 la collaboration de X. Brusi et M. Chevalley pour les analyses de phosphore et de carbone organique, et celle des membres du groupe de Limnogtologie lors de la rtcolte des ~chantil- Ions. Cette dernitre a 6t6 faite dans le cadre des travaux de la Commission internationale pour la protection du Ltman contre la pollution.

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Adresse des auteurs: J.-M. Jaquet, J.-P. Vernet, Laboratoire de Limnog~ologie, Universit~ de Gen~ve, 13, rue des Mara~chers, CH-1211 Gen~ve 4.