Comportement des éléments traces métalliques lors de la remise en suspension de sédiments contaminés en zone côtière

Source des sédiments marins

 Les sédiments ligthogènes

 Les sédiments lithogènes dont l’origine provient de l’altération bio-physico-chimique des roches continentales (Fütterer, 2006) sont principalement apportés dans le milieu marin par voie fluviale (Oursel et al., 2014a). Le débit des rivières va ainsi contrôler, la quantité et la taille des particules qui vont être transportées, ce qui aura ainsi un impact sur la nature des particules charriées ainsi que sur leur teneur en éléments traces (Elbaz-Poulichet, 2005; Oursel et al., 2014a). Puisque le débit des rivières s’étale généralement sur plusieurs ordres de grandeur (e.g. L’Eygoutier, fleuve côtier se jetant dans la rade de Toulon, ayant un débit variant de 10 à 40 000 m3.h-1 (Nicolau et al., 2012)), la gamme de tailles des particules transportées est également large, allant de quelques micromètres à quelques mm (Fütterer, 2006). Bien que les rivières représentent le principal apport en particules dans les océans (~ 84%), le transport via les icebergs et les activités volcaniques (~ 7%) ainsi que par voies aériennes (~7%) constituent également un apport vers le milieu océanique (Lisitzin, 1996). La majeure partie des particules sédimentaires transportées par les rivières sont déposées dans les zones côtières protégées ou dans les grandes zones estuariennes. Seule une faible proportion de ces particules sera transportée vers le large et atteindra les mers profondes (Fütterer, 2006). La distribution géographique de la décharge particulaire dans le monde est inégale puisque dépendante de la répartition des fleuves et de leur concentration en matière en suspension (Fütterer, 2006). Les sédiments lithogènes sont principalement constitués de quartz, de calcite, d’aluminosilicates (feldspath, argiles) et d’oxydes de Fe, Ti… (Tableau I.3-1) (Fütterer, 2006). La fraction argileuse, représentant une grande proportion de la fraction fine, est caractérisée par la présence de kaolinite, mica (illites), chlorites ou smectite (Tableau I.3-1) (Fütterer, 2006). Les particules fines sont caractérisées par une grande surface spécifique (30-600 m².g- 1, (Fütterer, 2006; Manning, 1996)) et une forte affinité pour les ions (Cancès et al., 2005; Lenoble et al., 2013, 2002; Naylor et al., 2004; Oursel et al., 2014a). Ceci leur confère un rôle géochimique important. Tableau I.3-1: Minéralogie et importance relative des principaux composants des sédiments lithogènes (Fütterer, 2006). 

Les sédiments biogènes

 Au sens large du terme, les sédiments biogènes comprennent tous les matériaux solides formés par la biosphère, comme les restes et fragments des structures des organismes vivants (coquilles des mollusques, structure calcaire des coraux, les frustules des diatomées …) (Fütterer, 2006). L’accumulation à long terme de ce type de sédiment représente ainsi une archive de l’évolution des espèces, en montrant l’impact des changements environnementaux sur l’évolution des différentes formes de vie (Fütterer, 2006; Skinner, 2005). Les sédiments biogènes sont principalement constitués de matériaux carbonatés (calcite, aragonite), sulfatés (barite, celestite) ou siliceux (opale) (Tableau I.3-2) (Fütterer, 2006; Li and Schoonmaker, 2003; Skinner, 2005). Bien que les plantes et les animaux marins soient nombreux et divers, très peu de groupes peuvent produire des matériaux solides contribuant à la formation de sédiments. Parmi ces groupes capables d’une contribution significative, peu d’entre eux ont une abondance suffisante pour participer à la formation de sédiments biogènes (Tableau I.3-2). Contrairement aux sédiment lithogènes, l’abondance de coquilles planctoniques et ainsi de sédiments biogéniques augmente avec une distance croissante du littoral vers l’océan ouvert (Fütterer, 2006). Une large variété d’organismes sont capables de bio-minéraliser le calcium et le silicium. Dans la zone photique dont l’épaisseur mesure environ 100 m ces organismes sont les coccolithophorides ou encore les diatomées. Au contraire, dans les sédiments profonds, ce sont les foraminifères calcaires, radiolaires siliceux et silicoflagellés qui vont produire des suintements biogéniques siliceux et calcaires (Tableau I.3-2) (Fütterer, 2006). En plus des groupes mentionnés ci-dessus, les mollusques planctoniques, les aragonites ptéropodes ainsi que certains dinoflagellés formant des kystes calcaires contribuent également à la formation des sédiments (Figure I.3-2) (Fütterer, 2006). Tableau I.3-2: Grands groupes d’organismes marins contribuant à la formation de sédiments biogéniques et à la minéralogie des sols squelettiques. Les foraminifères et les diatomées sont des groupes importants du plancton et du benthos. x = commun, (x) = rare (Fütterer, 2006).

 Les sédiments hydrogènes et cosmiques 

Bien que les sédiments hydrogènes et cosmiques puissent être distribués sur toute la surface océanique, du fait de leur faible abondance, ils ne représentent qu’une fraction mineure vis-à-vis des autres types de sédiment (Fütterer, 2006). Les sédiments hydrogènes peuvent être subdivisés en deux catégories. La première catégorie est constituée de sédiments « précipités » correspondant aux composés inorganiques primaires ayant directement précipité depuis l’eau de mer (i.e. chlorure de sodium). La seconde catégorie correspond à des sédiments « halmyrolysé » qui sont des composés secondaires issus des réactions entre le sédiment et l’eau de mer qui par la suite sont altérés in-situ mais dont l’altération s’effectue avant la diagénèse. Ce sont par exemple les minéraux argileux (montmorillonite, nontronite, glauconite, zeolite…), la barite ou encore les oxy-hydroxydes de fer et manganèses (Elderfield, 1976; Fütterer, 2006; Li and Schoonmaker, 2003). Quant aux sédiments cosmiques, ils sont constitués de débris macroscopiques de météorites, sous forme de sphérules métalliques (Fe, Ni) ou silicatés ((Mg,Fe)2SiO4 ou (Mg,Fe)2Si2O6, (Li and Schoonmaker, 2003)). 

La classification sédimentaire 

Puisque les sédiments marins ne sont pas homogènes et que leur formation provient de particules issues d’origines variées, une classification se basant sur l’origine des particules, leur distribution en taille, leur composition chimique et minéralogique, a vu le jour. De ces caractéristiques, deux grandes familles de sédiments ressortent, les sédiments terrigènes et les sédiments pélagiques (Fütterer, 2006). Les sédiments terrigènes sont principalement composés de particules lithogènes issues de l’altération des roches (sables, limons et argiles, Figure I.3-1) ayant été transportés par les rivières. Ils contiennent également une fraction de matériaux biogènes (coquilles …) produits en milieu continental (Fütterer, 2006).