Hydrogéochimie des retenues de barrage Imfout, Daourat et Sidi Maâchou (Maroc) Hydrogeochemistry of reservoirs of Imfout, Daourat and Sidi Maâchou dams (Morocco)

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Hydrogéochimie des retenues de barrage Imfout,

Daourat et Sidi Maâchou (Maroc) Hydrogeochemistry of reservoirs of Imfout, Daourat and Sidi Maâchou dams (Morocco)

F. Benzha ^a , A. Hilali ^a & F. Zidane ^b

a Département de géologie, Université Hassan II, Faculté des Sciences Ain Chock, Km 8, BP 5366, Casablanca, Maroc

b Département de chimie, Université Hassan II, Faculté des Sciences Ain Chock, Km 8, BP 5366, Casablanca, Maroc

Published online: 06 Aug 2009.

To cite this article: F. Benzha , A. Hilali & F. Zidane (2009): Hydrogéochimie des retenues de barrage Imfout, Daourat et Sidi Maâchou (Maroc) Hydrogeochemistry of reservoirs of Imfout, Daourat and Sidi Maâchou dams (Morocco), Environmental Technology, 30:9, 969-983

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Environmental Technology

Vol. 30, No. 9, August 2009, 969–983

ISSN 0959-3330 print/ISSN 1479-487X online

Hydrogéochimie des retenues de barrage Imfout, Daourat et Sidi Maâchou (Maroc) Hydrogeochemistry of reservoirs of Imfout, Daourat and Sidi Maâchou dams (Morocco)

F. Benzha^a*, A. Hilali^a and F. Zidane^b

aDépartement de géologie, Université Hassan II, Faculté des Sciences Ain Chock, Km 8, BP 5366, Casablanca, Maroc;

bDépartement de chimie, Université Hassan II, Faculté des Sciences Ain Chock, Km 8, BP 5366, Casablanca, Maroc

Taylor and Francis Ltd

(Received 4 February 2009; Accepted 27 April 2009)

10.1080/09593330903002314

Un suivi, des paramètres physicochimiques de l’eau, nutriments et chlorophylle, a été effectué. Aussi, de la caractéristique granulométrique et physicochimique du sédiment. Des tests de fixation et relargage du phosphore ont été élaborés. On note des fluctuations des paramètres physicochimiques, des rapports fonctionnels, l’implication de la fraction minérale dans la mobilité du phosphore à l’interface eau–sédiment, l’impact du pH et une dynamique interne du phosphore dans le sédiment.

Mots clés: hydrogéochimie; paramètres physicochimiques; phosphore; interface eau–sédiment; mobilité interne Monitoring of the physico-chemical parameters of the water, nutriments and chlorophyll was carried out. Also, of the grading and physico-chemical characteristic of the sediment. Tests of fixation and salting out of phosphor were undertaken. Fluctuations were noted in the physico-chemical parameters, the functional reports, the involvement of the mineral fraction in the mobility of the phosphor in the water–sediment interface, the impact of the pH and an internal dynamic of the phosphor in the sediment.

Keywords: hydrogeochemistry; physico-chemical parameters; phosphor; water–sediment interface; internal mobility

Introduction

Le bassin d’Oum Rbia marocain abrite le long de son tracé un nombre important d’écosystèmes aquatiques représentés par des retenues de barrages destinées à l’alimentation en eau potable, à l’irrigation et à la production d’électricité. Elles ont besoin d’être bien gérées et mieux surveillées. Les retenues Imfout, Daou- rat et Sidi Maâchou (SSM) situées dans le tronçon aval de l’Oued Oum Rbia contribuent à l’alimentation en eau potable d’une grande population côtière allant de Casablanca à Safi. Ces retenues comptent parmi les écosystèmes aquatiques artificiels intégrant des valeurs écologiques, biologiques et socio-économiques remarquables.

Les trois retenues de l’étude sont des milieux récep- teurs qui reçoivent continuellement les apports exogènes qu’ils soient naturels en provenance du bassin versant, qu’anthropiques en provenance des rejets domestiques, industriels et agricoles, ainsi que les apports endogènes en provenance des lacs eux même par relargage à partir des sédiments. Tous ces apports confondus sont de nature à modifier le fonctionnement et l’organisation de ces hydrosystèmes, ce qui engend-

rerait des répercussions sur la qualité de la ressource en eau. D’autre part, les éléments nutritifs présents et en particulier le phosphore et l’azote, offriraient la possi- bilité de la prolifération phytoplanctonique et l’installa- tion de l’eutrophisation. Les sédiments superficiels du fond, issus de l’érosion transport et dépôt, jouent le rôle de piège ou de source à éléments nutritifs selon les conditions environnementales et pourront contribuer à l’augmentation des taux de nutriment biodisponible et par conséquent au phénomène d’eutrophisation. Il est donc nécessaire d’identifier les facteurs déclencheurs du relargage.

Cette étude se propose donc d’évaluer les caractéris- tiques hydrogéochimiques des retenues durant un cycle hydrologique (physicochimie de l’eau, éléments nutritifs, physicochimie du sédiment, granulométrie) et biologiques (chlorophylle ‘a’) et constituera, ainsi, une base de données de référence pour la mise en place d’un suivi de la qualité des eaux de l’écosystème en entier.

L’utilisation de l’approche des tests de fixation et de relargage s’avère importante dans le cadre de l’étude des échanges du phosphore à l’interface eau–sédiment.

Dans ce contexte, une analyse de la spéciation chimique

*Corresponding author. Email: benzhafatiha@yahoo.fr

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970 F. Benzha et al.

du phosphore a été entamé et ce par le biais du fractionnement sélective.

Matériel et méthodes Site de l’étude

Le bassin de l’Oum Rbia est le deuxième fleuve marocain qui prend sa source dans le moyen atlas (Figure 1). Il s’étend sur une superficie de 35,000 km² et une longueur de 550 km. Il débouche sur l’océan Atlantique à Azemmour. Par son débit non négligeable de 117 m³s⁻¹, de nombreux barrages y sont construits [1,2]. Les retenues de barrages, qui ont fait l’objet de notre étude, sont disposées en cascade sur le cours inférieur de l’Oued Oum Rbia (Figure 1). Elles sont de l’amont vers l’aval: Imfout (27 Millions m³) située à 20 Km de Mechraâ Ben Abbou, Daourat (9.5 Mm³) à 50 Km d’Imfout et Sidi Maâchou (2 Mm³) à 46 Km de Daourat.

Figure 1.Localisation du bassin versant d’Oued Oum Rbia et des retenues de l’étude.

Le climat de cette région est aride à semi aride. Le bassin versant est caractérisé par des terrains géologiques très variés [3,4], une faible couverture végétale, d’importantes activités; industrielle, domes- tique et agricole qui menacent la qualité des eaux du système fluvial [5,6].

Échantillonnage des eaux et des sédiments

Les prélèvements des eaux ont été effectués mensuelle- ment en surface (S) et au fond (F) au niveau du point le plus profond de chaque retenue. L’échantillonnage des eaux a été réalisé dans des bouteilles en polyéthylène de type Van Dorn, d’un litre de capacité. Les prélèvements des sédiments superficiels ont été effectués à l’aide d’une benne de type Ekman. Les échantillons d’eau ont été conservés dans des bouteilles en PVC à 4°C et de sédiments dans des sachets en plastique avant leur analyse dans les 48 heures qui suivent les prélèvements.

Masse d’eau

Les analyses des paramètres effectuées sur les eaux et les sédiments ainsi que les tests de fixation et de relargage, cités ci-dessus ont été réalisées aux Laboratoires d’hydrosciences de l’Université Hassan 2 de Casa- blanca et le Laboratoire d’Essais et Etudes (LPEE).

Paramètres physicochimiques des eaux

La température a été mesurée à l’aide d’un ther- momètre à mercure à 0.1°C, le pH par électrométrie à l’aide d’un pH mètre de terrain de type MERK. Le dosage de l’oxygène dissous a été réalisé par fixation et colorimétrie au bleu d’indophénol selon la méthode

de Winkler. La détermination des matières en suspension (MES) a été effectuée par filtration de volumes de 1 L d’eau sur des membranes Wattman ayant une porosité de 0.45 µm. Cette mesure a été effectuée par différence de poids après passage à l’étuve (60°C) pendant 2 heures.

Eléments nutritifs

Les nitrates (mg l⁻¹) ont été mesurés par dosage photo- métrique d’un complexe phosphomolybdique après réduction à l’acide ascorbique. La détermination des teneurs en ammonium (mg l⁻¹) a été réalisée par minéralisation à l’acide sulfurique, distillation puis colorimétrie au bleu d’indophénol. Le phosphore total (mg l⁻¹) a été dosé par minéralisation en orthophosphates aux acides sulfuriques et nitriques. Les concentrations en orthophosphates ont été déterminées par colorimétrie au réactif sulfomolybdique [7].

Paramètres biotiques

La biomasse chlorophyllienne (teneur en chlorophylle

‘a’ en µg l⁻¹) a été estimée par la méthode de spectro- photométrie, après extraction du pigment par l’acétone à 90% [8].

Les sédiments

Analyse granulométrique et densimétrique

Les sédiments ont été lavés sur deux tamis de 0.050 mm et de 2 mm et puis séchés à 50°C à l’étuve. La fraction sableuse (2 mm–0.050 mm) a subi une analyse granu- lométrique par tamisage, pendant 10 minutes sur une colonne de 14 tamis [9], et la fraction fine (inférieure à 0.050 mm) une analyse densimétrique conduite selon la méthode de Meriaux, basée sur la loi de Stockes qui consiste à mesurer les variations de densité d’une suspension en cours de sédimentation, en fonction du temps, et à déduire la taille des particules restant en suspension.

Paramètres physicochimiques des sédiments

Les taux d’humidité ont été calculés par la différence des poids avant et après séchage à 105°C du sédiment brut. Le pourcentage en matières organiques a été obtenu par la différence des poids avant et après calcination à 450°C [7]. Le carbonate de calcium a été mesuré par le calcimètre de Bernard. Les concentrations en phosphore total ont été déterminées par minéralisa- tion sous pression en présence d’acide sulfurique et de persulfate de potassium, et dosage spectrophoto- métrique des orthophosphates [7].

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Figure 1. Localisation du bassin versant d’Oued Oum Rbia et des retenues de l’étude.

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La spéciation chimique du phosphore

Le fractionnement du phosphore dans le sédiment est réalisé sur la fraction inférieure à 0.2 mm selon la méth- ode EDTA [10]. Le phosphore soluble (O-P) est extrait par centrifugation d’une suspension de 25 ml d’eau distillée et 0.5 g de sédiment sec restés en contact pendant 5 minutes. Sur le résidu sont ajoutés 25 ml d’une solution de Ca-EDTA (0.05 M + 1% de ditionite) tamponnée à pH 8 avec du TRIS pendant 2 heures, ce qui permet d’extraire le phosphate lié au fer (Fe(OOH)).

Le fer constitutif des hydroxydes de fer est extrait en même temps que Fe(OOH)-P et fait l’objet d’un dosage colorimétrique selon la méthode d’o-phénanthroline [7].

Cette extraction est répétée jusqu’à épuisement du fer dans l’extrait. Sur le résidu résultant sont ajoutés 25 ml d’une solution Na-EDTA (0.1 M pH 4.5) pendant 17 heures autant de fois que l’extraction totale du phosphore l’exige, ce qui permet d’extraire le phosphore lié au calcium (CaCO₃-P). Une seule extraction de 30 minutes, effectuée avec H₂SO₄ (0.25 M), permet d’extraire le phosphate soluble à l’acide (ASOP) et la minéralisation du résidu en présence de persulfate de potassium permet d’extraire le phosphate organique résiduel (ROP).

Tests de fixation et de relargage

Pour les échantillons destinés aux tests de relargage, on ajoute 250 ml d’eau distillée dans chaque erlenmeyer.

Pour les échantillons destinés aux tests de fixation, on ajoute 25 ml d’une solution mère de phosphore préparée

à partir de 50 mg/l de KH₂PO₄ dans chaque erlenmeyer [11]. Le milieu oxydant est assuré par oxygénation du milieu à l’aide d’un bulleur. Le milieu acide est assuré par l’ajout de HCl à 20% et le milieu basique est assuré par l’ajout du NaOH. Le test est poursuivi de 15 à 20 jours en mesurant quotidiennement le pH et les orthophosphates fixés par les sédiments dans les tests de fixation et puis les orthophosphates libérées dans le surnageant dans les tests de relargage.

A la fin du test, le sédiment est récupéré par centrifugation et après séchage à l’étuve à 105°C, on effectue la spéciation du phosphore pour chaque cas qui sera comparée avec la spéciation de l’échantillon brut avant le test [12,13,14].

Résultats

Caractéristiques abiotiques et biotiques de la masse d’eau

Température (°^C)

L’évolution de la température des eaux des trois retenues de l’étude suit le rythme saisonnier (Figure 2). Les écarts thermiques entre les eaux de surface et de fond sont généralement faibles et ne dépassent jamais 2.8°C.

Figure 2.Evolution temporelle de la température dans les trois retenues de l’étude.

Le potentiel d’hydrogène (pH)

Les variations temporelles (Figure 3) enregistrent des niveaux faibles en période hivernale en rapport avec

Imfout

0 10 20 30 40

O N D J F M A M J J A S

surface fond

Daourat

0 10 20 30 40

surface fond

SSM

0 10 20 30

surface fond

Figure 2. Evolution temporelle de la température dans les trois retenues de l’étude.

(6)

les apports pluviaux et en période estivale en rapport avec la dégradation de la matière organique. Les niveaux les plus élevés ont été signalés en période printanière en rapport avec la grande activité photo- synthétique.

Figure 3.Evolution temporelle du potentiel d’hydrogène dans les trois retenues de l’étude.

Le potentiel redox (mV)

Le potentiel redox ne dépasse pas 82 mV en moyenne (Figure 4). Le fond est plus minéralisé que la surface.

Figure 4.Evolution temporelle du potentiel redox dans les trois retenues de l’étude.

Daourat

7 7,5 8 8,5 9 9,5

pH

surface fond

Imfout

7 8 9 10

pH

surface fond

SSM

7 8 9 10

pH

surface fond

Figure 3. Evolution temporelle du potentiel d’hydrogène dans les trois retenues de l’étude.

Imfout

0 50 100

O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S

Eh

surface fond

Daourat

0 20 40 60 80 100

Eh

surface fond

SSM

0 20 40 60 80

Eh

surface fond

Figure 4. Evolution temporelle du potentiel redox dans les trois retenues de l’étude.

(7)

Matières en suspension (mg l⁻¹)

Les teneurs en matière en suspension montrent des fluctuations saisonnières (Figure 5). Les niveaux les plus élevés ont été signalés en décembre à Daourat par 288 mg l⁻¹ et à SSM par 160mg/l. La concentration diminue au printemps (4 mg l⁻¹) et en été (8 mg l⁻¹).

Figure 5.Evolution temporelle de la matière en suspension dans les trois retenues de l’étude.

Oxygène dissous (mg l⁻¹)

Les variations d’oxygène dissous (Figure 6) montrent deux pics de concentration; l’un en décembre de l’ordre de 15 mg l⁻¹ à Daourat et à SSM, en rapport avec l’activité hydrodynamique causée par la crue d’hiver, l’autre en mai de l’ordre de 12.25 mg l⁻¹ à Imfout en rapport avec la grande activité photosynthétique print- anière. La teneur la plus faible de l’ordre de 4 mg/l a été mesurée en août à Daourat, elle coïncide avec la période de minéralisation de la matière organique.

Figure 6.Evolution temporelle de l’oxygène dissous dans les trois retenues de l’étude.

Chlorophylle ‘a’

Les variations saisonnières des teneurs en chlorophylle (Figure 7) montrent deux pics de concentrations; l’un en Novembre représenté par 61.3 µg l⁻¹ à Imfout qui coïn- cide avec les premières poussées phytoplanctoniques automnales. L’autre en mai représenté par 74 µg l⁻¹ à SSM en rapport avec le grand développement phytoplanctonique printanier.

Figure 7.Evolution temporelle de la chlorophylle ‘a’ dans les trois retenues de l’étude.

L’analyse corrélative entre la chlorophylle ‘a’ et l’oxygène dissous (Figure 8) indique des coefficients de

détermination de l’ordre de R² = 0.58 à Imfout, R² = 0.67 à Daourat et R² 0 = 0.7 à SSM.

Figure 8.Corrélations entre la chlorophylle ‘a’ et l’oxygène dissous dans les trois retenues de l’étude.

Les éléments nutritifs

Les teneurs moyennes en nitrates (Figure 9) dépassent de loin celles de l’ammonium et peuvent aller jusqu’à 2.365 mg l⁻¹ à Daourat alors que les concentrations moyennes en ammonium ne dépassent guère 0.09 mg l⁻

1 (Figure 10).

Figure 9.Evolution temporelle des nitrates dans les trois retenues de l’étude.

Figure 10.Evolution temporelle de l’ammonium dans les trois retenues de l’étude.

Les teneurs moyennes en phosphore total sont rela- tivement élevées car elles intègrent le phosphore particulaire et dissous. Elles varient en moyenne entre 0.223 mg l⁻¹ à SSM et 0.257 mg l⁻¹ à Daourat (Figure 11).

L’évolution saisonnière des orthophosphates montre des teneurs faibles comprises entre 0 et 0.09 mg l⁻¹ (Figure 12). Les niveaux les plus importants ont été repérés en hiver et en été. Les concentrations peuvent s’annuler en décembre.

Figure 11.Evolution temporelle du phosphore total dans les trois retenues de l’étude.

Figure 12.Evolution temporelle des orthophosphates dans les trois retenues de l’étude.

Une corrélation statistiquement positive est notée entre les orthophosphates et la chlorophylle ‘a’ traduite par des coefficients de détermination dépassant 0.6 (Figure 13).

Figure 13.Corrélations entre la chlorophylle ‘a’ et les orthophosphates.

Caractéristiques des sédiments Granulométrie

Les résultats de l’analyse granulométrique et densimétrique ont permis de mettre en évidence la dominance de la fraction silteuse (45% à 79%) par

Imfout

0 50 100 150 200

MES (mg/l)

surface fond

Daourat

0 100 200 300 400

MES (mg/l)

surface fond

SSM

0 100 200 300 400

MES (mg/l)

surface fond

Figure 5. Evolution temporelle de la matière en suspension dans les trois retenues de l’étude.

(8)

rapport à la fraction sableuse (0% à 23%) et argileuse (9% à 55%). L’évolution temporelle a mis en évidence deux faciès différents: un faciès silteux en période hivernale et un faciès limoneux en période estivale (Tableaux 1 et 2).

Potentiel d’hydrogène (Unité pH)

Le pH moyen reste toujours inférieur à 8 pour les trois retenues (Figure 14a). On note un gradient décroissant de l’amont (7.96 à Imfout) vers l’aval (7.63 à SSM).

Figure 14.Descripteurs physicochimiques moyens des sédiments.

Imfout

0 5 10 15

surface fond

Daourat

0 5 10 15 20

surface fond

SSM

0 10 20

surface fond

Figure 6. Evolution temporelle de l’oxygène dissous dans les trois retenues de l’étude.

Imfout

0 20 40 60 80

surface fond

Daourat

0 20 40 60 80

surface fond

SSM

0 50 100

surface fond

Figure 7. Evolution temporelle de la chlorophylle ‘a’ dans les trois retenues de l’étude.

(9)

Potentiel d’oxydoréduction (mV)

Les mesures du potentiel redox des sédiments des trois retenues donnent des valeurs positives représentées en moyenne par 103 mV à Imfout, 108.4 mV à Daourat et 111 mV à SSM (Figure 14b) en témoignage d’une faible teneur de matière organique. Durant toute la période de l’étude, le potentiel redox reste inférieur à 200 mV; seuil au dessous duquel la mobilité du phosphore est importante.

Humidité (%)

Les pourcentages moyens d’humidité des sédiments étudiés sont élevés. Ils sont représentés par 26.11% à

Imfout, 19.74% à Daourat et 23.112% à SSM (Figure 14c). L’évolution temporelle du taux d’humidité montre une nette corrélation avec la distribution granu- lométrique. Les sédiments des trois retenues sont plus humides en période estivale lorsque les faciès sont limoneux à texture très fine (silts fins et très fins) qu’en période hivernale où les faciès sont silteux à texture moins fine (silts grossiers et très grossiers).

Matière organique (%)

La matière organique demeure en général faible (Figure 14d), elle est représentée en moyenne par 5.255% à Imfout, 2.542% à Daourat et 6.434% à SSM. Ceci

Imfout

R² = 0,5831 R² = 0,6695 R² = 0,7073

0 5 10 15

0 50 100 0 50 100

O2 dissous (mg/l)

Daourat

0 5 10 15 20

0 20 40 60

O2 dissous (mg/l)

SSM

0 5 10 15

O2 dissous (mg/l)

Figure 8. Corrélations entre la chlorophylle ‘a’ et l’oxygène dissous dans les trois retenues de l’étude.

Imfout

0 2 4 6 8

Nitrates (mg/l) Nitrates (mg/l) Nitrates (mg/l)

surface fond

Daourat

0 2 4 6 8

surface fond

SSM

0 2 4 6 8

surface fond

Figure 9. Evolution temporelle des nitrates dans les trois retenues de l’étude.

(10)

Imfout

0 0,05 0,1 0,15

Ammonium (mg/l) Ammonium (mg/l)

Ammonium (mg/l)

surface fond

Daourat

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

surface fond

Imfout

0 0,05 0,1 0,15

surface fond

Figure 10. Evolution temporelle de l’ammonium dans les trois retenues de l’étude.

Imfout

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

P-Tot (mg/l)

surface fond

Daourat

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

P-Tot (mg/l)

surface fond

SSM

0 0,2 0,4 0,6 0,8

P-Tot (mg/l)

surface fond

Figure 11. Evolution temporelle du phosphore total dans les trois retenues de l’étude.

(11)

Imfout

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

Orthophosphates (mg/l) Orthophosphates (mg/l)

Orthophosphates (mg/l)

surface fond

Daourat

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

surface fond

SSM

0 0,05 0,1 0,15

surface fond

Figure 12. Evolution temporelle des orthophosphates dans les trois retenues de l’étude.

Imfout

R² = 0,6377

R² = 0,6488 R² = 0,7004

0 20 40 60 80

0 0,05 0,1 0 0,05 0,1 0 0,05 0,1 0,15 PO4 (mg/l)

Daourat

0 10 20 30 40 50 60

PO4 (mg/l)

SSM

0 20 40 60 80 100

PO4 (mg/l)

Figure 13. Corrélations entre la chlorophylle ‘a’ et les orthophosphates.

Tableau 1. Répartition des pourcentages en fractions granulométriques, fractions silteuses et des faciès en période hivernale.

Sable silt argile Faciès

Imfout 6 67 27 Silt argilo-sableux

Daourat 23 68 9 Silt sablo-argileux

Maâchou 3 68 29 Silt argilo-sableux

Tableau 2. Répartition des pourcentages en fractions granulométriques, fractions silteuses et des faciès en période estivale.

Sable silt argile Faciès

Imfout 0 45 55 limon argileux

Daourat 0 79 21 limon argileux

Maâchou 7 58 35 limon argilo-sableux

(12)

0 1 2 3 4

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

(g) (h)

7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 7,9 8

Imfout Daourat SSM Imfout Daourat SSM

Imfout Daourat SSM

Imfout Daourat SSM Imfout Daourat SSM Imfout Daourat SSM Imfout Daourat SSM

Eh moyen (mV)

98 100 102 104 106 108 110 112

% moyen MO

0 1 2 3 4 5 6 7

% moyen CO

1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 0 5 10 15 20 25 30

% moyen CaCO3

0 2 4 6 8 10 12 14

0 20 40 60 80 100

pH moyen

Figure 14. Descripteurs physicochimiques moyens des sédiments.

(13)

pourrait être en rapport avec la faible couverture végétale du bassin versant d’Oued Oum Rbia. Le niveau de concentration de la matière organique a montré une augmentation le mois de juillet de l’ordre de 12.2% à Imfout et de 12% à SSM à cause de l’accumulation du phytoplancton après le déclin de la fin du printemps. Par contre, en août, on note une chute de la matière organique marquée par 3.59% à Imfout et 2.3 à SSM qui pourrait être en relation avec le processus de minérali- sation de la matière organique en nutriments biodis- ponibles dans la colonne d’eau.

Carbone organique (%)

Le carbone organique des sédiments mesurés corre- spond à la matière organique sédimentée mais encore peu décomposée. Les pourcentages moyens sont de l’ordre de 2.166% à Imfout, 2.507% à Daourat et 2.092% à SSM (Figure 14e).

Carbonate de calcium (mg g⁻¹ séd.sec)

Les concentrations moyennes en CaCO3 sont relative- ment faibles à Daourat (5.59 mg g⁻¹ séd.sec) par rapport à Imfout (12.71 mg g⁻¹ séd.sec) et à SSM (12.29 mg g⁻

1 séd.sec) (Figure 14f).

Fer total (mg g⁻¹ séd.sec)

Les sédiments montrent une richesse en fer estimée à Imfout, Daourat et SSM en moyenne respectivement par 59.59, 54.6 et 81.5 mg g⁻¹ séd.sec (Figure 14g). Une variation saisonnière a été notée, marquée par des hausses en été et des baisses au printemps, corrélée avec les variations saisonnières du potentiel d’hydrogène du sédiment.

Phosphore total (mg g⁻¹ séd.sec)

Les teneurs moyennes en Phosphore total (PT) du sédi- ment dépassent celles de la colonne d’eau du fait qu’il intègre le phosphore dissous et particulaire, organique et inorganique. Le niveau de concentration du PT décroît en période estivale où il enregistre 1.99 mg g⁻¹ séd.sec à Imfout en août, 2 mg g⁻¹ séd.sec à Daourat en août et 1.85 mg g⁻¹ séd.sec à SSM en juillet. Il coïncide avec les faibles niveaux de concentration de la matière organique.

La spéciation du phosphore dans le sédiment

L’analyse de la spéciation chimique du phosphore des sédiments a mis en évidence cinq formes de phosphore:

Les orthophosphates (O-P) ou phosphore soluble réactif à l’acide (PSR), la fraction du phosphore liée au fer (Fe

(OOH)-P), la fraction du phosphore liée au calcium (CaCO₃ –P), la fraction du phosphore organique soluble à l’acide (ASOP) et la fraction du phosphore résiduel (ROP).

Les résultats de la spéciation (Tableau 3 et Figure 15) ont mis en évidence la prédominance des formes minérales (82% à 83%) par rapport aux formes organiques (17% à 18%). Ces formes minérales sont représentées en majeure partie par la fraction du phosphore liée au calcium (50% à 59%) à cause de la nature à dominante carbonatée du bassin versant. La fraction du phosphore lié au fer ne représente que 23% à 29%.

Figure 15.Evolution temporelle et pourcentages moyens des fractions du phosphore des sédiments des retenues Imfout, Daourat et Sidi Maâchou.

La forme organique du phosphore est majoritairement sous forme résiduelle (13% à 16%). La forme organique soluble à l’acide est faiblement représentée et ne dépasse jamais 4%. L’évolution temporelle montre des niveaux élevés de la fraction calcique en période printanière et des niveaux faibles en période estivale, en parfaite corrélation avec l’évolution du pH.

Impact du pH sur les échanges du phosphore à l’interface eau–sédiment

L’approche utilisée pour l’étude des échanges du phosphore à l’interface eau–sédiment en fonction du pH repose sur les tests de fixation et de relargage [15,16].

Elle permet de mettre en évidence l’effet du potentiel d’hydrogène sur la mobilité du phosphore. Une analyse de la spéciation chimique du phosphore après les tests est effectuée afin de mettre en évidence les fractions du phosphore les plus impliquées dans cette mobilité [17].

Tests de fixation et de relargage

Les résultats des tests de fixation du phosphore dans les sédiments à des pH variables, sont représentés dans le Tableau 4. La fixation du phosphore se fait par toutes les fractions du phosphore mais à des grandeurs variables selon la valeur du pH. A pH = 6, le taux fixé Tableau 3. Spéciation moyenne du phosphore dans le sédiment des retenues étudiées.

Formes du phosphore particulaire

Teneurs moyennes en µg de P.g⁻¹ sédiment sec des différentes

fractions de phosphore

Imfout Daourat SSM

PT 2142.5 539 882

O-P 37 7.5 8.6

Fe (OOH)-P 609.7 166 204

CaCO₃-P 1076 282 518

ASOP 65.2 12 38

ROP 332.2 707 114

(14)

le plus élevé est représenté par la fraction du phosphore lié au fer en moyenne de 68% à Imfout, 81% à Daourat et 79% à SSM. Alors qu’à pH = 9, le taux fixé le plus élevé est représenté par la fraction du phosphore lié au calcium en moyenne de 54% à Imfout, 68% à Daourat et 75% à SSM.

Les résultats des tests de relargage montrent que le relargage se fait par toutes les fractions du phosphore, mais à des grandeurs dépendant aussi du pH. Quand le pH = 6, le taux relargué le plus important est représenté par la fraction du P liée au calcium à raison de 79% à Imfout, 89% à Daourat et 91% à SSM. Tandis qu’à pH

= 9, le taux relargué le plus important est représenté par la fraction du P lié au fer avec en moyenne 78% à Imfout, 88% à Daourat et 85% à SSM.

Discussion

En générale, dans les trois retenues de barrage étudiées, le régime thermique montre l’absence de thermocline, qui trouve son explication dans les faibles profondeurs des retenues (18 m pour Imfout, 15 m pour Daourat et 14 m pour SSM), l’activité hydrodynamique en rapport avec l’ouverture des vannes de fond et le brassage des eaux suite aux courants permanents le long du couloir d’Oued Oum Rbia. Les eaux sont généralement dures et alcalines avec une minéralisation importante en péri- odes hivernale et estivale. La vidange de la retenue Daourat survenue le 21 Décembre 2001 suite à la crue d’hiver était à l’origine d’une grande activité hydrodynamique, dont les répercussions sur le fonctionnement

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

O N J F Mr. Ma. A S

Imfout O-P Fe(OOH)-P CaCO3-P ASOP ROP

O-P 2%

Fe(OOH)-P 29%

CaCO3-P 50%

ASOP 3%

ROP 16%

0 100 200 300 400 500 600 700

O.01 N Jl A S O.02

Daourat O-P Fe(OOH)-P CaCO3-P ASOP ROP

O-P

1% Fe(OOH)-P 27%

CaCO3-P 55%

ASOP 3%

ROP 14%

0 100 200 300 400 500 600 700 800

O-P Fe(OOH)-P CaCO3-P ASOP ROP

O-P

1% Fe(OOH)-P 23%

CaCO3-P 59%

ASOP 4%

ROP 13%

Figure 15. Evolution temporelle et pourcentages moyens des fractions du phosphore des sédiments des retenues Imfout, Daou- rat et Sidi Maâchou.

(15)

982 F. Benzha et al.

de l’écosystème aquatique se sont manifestées par une augmentation des teneurs de la matière en suspension enregistrées à Daourat et SSM. Cette MES a contribué amplement à l’élimination des orthophosphates de la masse d’eau par le processus d’adsorption en décembre [18]. Les fluctuations du taux de la chlorophylle ‘a’

reflètent l’évolution saisonnière de la masse phytoplanctonique en témoignage des premières poussées automnales et du grand développement printanier. D’une manière générale, les eaux sont oxygénées.

Le phytoplancton contribue en partie dans la production d’oxygène. Il existe des interactions entre la nutrition (PO₄³⁻) et la production (Chl ‘a’) et entre la photosyn- thèse (Oxygène dissous) et la production (Chl ‘a’), mettant à l’évidence la présence des rapports fonctionnels au sein de l’écosystème aquatique. De telles interactions entre les variables analytiques ont été démontrées par Parinet et al. [19]. La nitratation en milieu oxygéné et l’assimilation privilégiée de l’ammonium par les algues sont les facteurs principaux de l’inégalité des formes azotées dans ces milieux. Le pic

de phosphore total ainsi décrit, coïncide avec la période de grande manifestation hydrologique. Quand aux orthophosphates, leurs concentrations peuvent s’annuler en décembre à cause de leur adsorption sur la matière en suspension et en mai à cause de leur consom- mation phytoplanctonique [20].

Les sédiments sont généralement neutres à basique, avec une granulométrie fine, gérée par les conditions hydrodynamiques et dominée par la fraction limoneuse en été et la fraction silteuse en hiver. La texture fine des sédiments conditionne l’important taux d’humidité. Le phosphore total est majoritairement sous forme minérale. La forme organique du phosphore est faiblement représentée. Cette inégalité trouve son explication dans la faible couverture végétale et l’importance des terrains géologiques tendres et friables dans le bassin versant d’Oum Rbia [20]. La fraction calcique constitue la forme minérale la plus représentée en rapport avec la nature du bassin versant à dominante carbonatée. La forme organique est dominée par le phosphore organique résiduel.

Tableau 4. Taux des fractions du phosphore fixé par le sédiment des retenues de l’étude en fonction du pH, exprimé en µg P.g⁻¹ séd.sec.

Imfout Daourat Sidi Maâchou

pH = 6 pH = 8 pH = 9 pH = 6 pH = 8 pH = 9 pH = 6 pH = 8 pH = 9

O-P 34

8%

47.3 15%

41 9%

5.1 1%

13 3%

17 4%

16.7 4%

18 4%

Fe(OOH)-P 283

68%

7.5 2%

102 24%

314 81%

52.7 13%

74 16%

352.8 79%

43.4 11%

43.1 10%

CaCO₃-P 44.7

11%

178 55%

235 54%

65 17%

292.1 71%

316 68%

60.4 14%

297 5%

322.5 75%

ASOP 24.6

6%

44.2 14%

33 8%

0.3 0.5%

19.8 5%

18 4%

10.7 2%

18.5 8%

17 4%

ROP 28.6

7%

43 13%

23 5%

4.1 1%

34.6 8%

38 8%

4.9 1%

31.8 4%

29.2 7%

PT 417.9 444.2 435.9 388.6 411.9 462.6 401.1 408.3 439.1

Tableau 5. Taux des fractions du phosphore relargué par le sédiment des retenues de l’étude en fonction du pH, exprimé en µg P.g⁻¹ séd.sec.

Imfout Daourat Sidi Maâchou

pH = 6 pH = 8 pH = 9 pH = 6 pH = 8 pH = 9 pH = 6 pH = 8 pH = 9

O-P 17.9

6.5%

16.1 6%

18.4 6.8%

5.1 2.3%

5.2 3%

5.1 2.5%

3.1 1%

4.4 3.2%

3.9 3.5%

Fe(OOH)-P 35.5 12%

112 44%

294.3 78%

18.2 5%

145.1 80%

225.3 88%

6.5 2%

104.2 81%

114.2 85%

CaCO₃-P 248 79%

123 48%

48 16%

294 89%

21.5 12%

20 8%

333 91%

15.7 12%

10.7 8%

ASOP 5

2%

1.5 1%

11 3%

5.9 3%

2.8 1%

12.7 4%

2 2%

2.9 1%

ROP 2.9

1%

2.8 1%

1.9 0.5%

4.7 1%

4.9 2%

3.7 1%

6.2 4%

3.8 2%

4.9 3%

PT 308.65 255.875 303.4 333 180.5 255.5 362.375 129.875 134.9

(16)

Environmental Technology 983 Les tests de fixation et de relargage ont mis en

évidence l’effet du pH sur la mobilité des différentes fractions du phosphore à l’interface eau–sédiment. Un milieu acide entraîne la dissolution de la fraction du P liée au calcium et la précipitation de la fraction du phosphore liée au fer, alors qu’un milieu alcalin entraîne la dissolution de la fraction du phosphore lié au fer et la précipitation de la fraction du phosphore lié au calcium.

Conclusion

En général, les paramètres physico-chimiques des compartiments hydrique et sédimentaire des milieux étudiés sont inhérents au rythme saisonnier. Les échanges du phosphore à l’interface eau–sédiment sont contrôlés par le pH. Il ressort que c’est la fraction minérale (calcique et ferrique) du phosphore qui est la plus impliquée dans cette dynamique. Selon les tests de simulation extrapolés au milieu naturel, les sédiments des trois retenues étant fins, humides et riches en fer et en calcium, le milieu étant toujours oxygéné et alcalin, cela devrait conférer aux retenues des tendances globales à la rétention du phosphore. Dans ces conditions c’est la fraction ferrique qui subit la réaction de dissolution pour libérer dans l’eau interstitielle de l’hydroxyde de fer et du phosphore qui lui était associé.

Ce dernier s’engage dans des liaisons avec le calcium pour co-précipiter et s’accumuler dans le sédiment, d’où les grandes teneurs en (CaCO3-P) mesurées. Cette dynamique met en place une mobilité interne dans le sédiment, gérée par le pH, qui s’établie entre la fraction qui libère le phosphore en faveur de la fraction qui en gagne.

Références

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[20] F. Benzha, Etude hydrogéochimique d’un écosystème aquatique: cas des retenues de barrage Imfout, Daourat et Sidi Maâchou sur l’Oum Rbia (Maroc), Doctorat national, université Hassan II, Casablanca, Maroc, 241 pp. 2007.