Partition de la fraction labile des métaux entre l’eau et les suspensions

Mesures de FDC de métaux dans les estuaires

Dans le chapitre précédent nous avons obtenus deux principaux résultats, le premier est que les valeurs des coefficients de distribution obtenus après 4 heures de temps d’incubation sont assez stables et donc représentatives des processus d’échanges à court terme. Le second est la réversibilité des réactions de sorption rapide qui souligne le fait que les processus de sorption à court terme concernent principalement la fraction labile facilement échangeable de métal. Les estuaires sont des milieux où les réactions de sorption et désorption peuvent être favorisées à cause des changements rapides dans la composition chirnique de l’eau et les propriétés physico-chimiques des particules en suspension. Le paramètre représentatif des processus de mélange couramment utilisé est la salinité, qui est le paramètre le plus facile à mesurer pour caractériser une situation de mélange entre eau douce et eau de mer. Dans les sections suivantes nous effectuons des comparaisons des résultats obtenus dans les différents estuaires et différentes saisons. Nous soulignons les principales caractéristiques communes ainsi que les spécificités de résultats obtenus pour chaque métal. Les résultats des FDC relatifs aux expériences de sorption sur des particules naturelles au bout de 4 heures de temps d’incubation sont présentés dans les tableaux A3.1 à A3.5 en annexe Les évolution des FDC en fonction de la salinité pour chaque métal sont données par Ses figures A3.1 à A3.5 en annexe. 3

Césium

Caractéristiques communes: Dans tous les estuaires et pour toutes les missions le césium montre une régularité remarquable (figure 3.1). Le FDC de ce métal décroît d’amont en aval en fonction de la salinité en moyenne d’un facteur. Cette réduction est plus prononcée dans la zone de Chapitre 3, Page49 Partition de la fraction labile des métaux entre l’eau et les suspensions Figure 3.1: Evolution des FDC de Cs avec la salinité dans les estuaires. o x x ^^-«  »TC ^ ** i r ChangJiang + Ebre m Escaut x Rhône A Lena  Partition de la fraction labile des métaux entre l’eau et les suspensions faible salinité (0 à 3) où les FDC diminuent d’un facteur 10 en moyenne. La diminution des coefficients de distribution rapide en fonction de la salinité indique la désorption en solution de la fraction labile facilement échangeable de césium adsorbe lors du mélange estuarien. Des résultats analogues ont été observés pour ce métal par Turner et al. (1993). D est bien connu que le césium est un métal très peu réactif. Dans les eaux naturelles, il est très peu complexé par les ligands organiques ou inorganique (Kotrly et Sucha, 1985; Byrne, 1988). Cependant plusieurs auteurs ont mis en évidence l’effet de certains cations sur la sorption de ce métal sur les particules naturelles. Sholkovitz (1985) et Evans et al. (1983) ont reué le relargage de Cs à partir de sédiments anoxiques de lacs aux réactions de substitution des ions Cs* par les ions NH/ à la surface des particules. Dans les estuaires les réactions de sorption et de désorption du césium sur les suspensions sont plutôt affectées par la variation de concentration en ions K*, qui est un cation majeur d’eau de mer ayant une charge et un rayon ionique similaires à ceux du Cs* (Stanners et Aston, 1981; Evans et al., 1983) Donc la réduction des FDC du césium observée dans les estuaires peut être attribuée aux réactions d’échanges d’ions entre Cs » et K* pour les sites de sorption à la surface des particules en suspension Par ailleurs les variations des valeurs des FDC du Cs pour des stations de même salinité d’une mission à l’autre et d’un estuaire à l’autre sont attribuées à deux facteurs principaux. D’une part les variations de la composition et de la nature des particules entraînent des changements dans leurs propriétés de surface et donc de leurs réactivités vis à vis des métaux. D’autre part le changement de la concentration et de la nature des colloïdes naturels non détectables par filtration pourrait affecter considérablement les coefficients de distribution. ii) estuaire du Rhône: Les variations saisonnières des FDC du Cs s’élèvent à un facteur 10, uniformément dans tout l’estuaire (figure A3 l.b en annexe). La valeur moyenne obtenue à la référence amont est de 4.1, alors que le FDC moyen en mer est de 2.7 en échelle logarithmique.  Partition de la fraction labile des métaux entre l’eau et les suspensions Pour les deux missions effectuées en hiver (décembre 1988 et novembre 1991), les profils de variation des FDC avec la salinité sont très réguliers. Alors que pour les missions effectuées au printemps et en été, nous observons une augmentation des FDC à partir d’une salinité de 20. Ceci est accompagné d’une augmentation des teneurs en COP spécialement lors de la mission Mai 1992 (les données de COP ne sont pas disponibles pour la mission Sandrine). Le césium n’est pas réputé pour avoir un rôle biologique quelconque (Bruland et al., 1991), ni d’être spécialement complexé par la matière organique, qui pourrait expliquer cette relation entre les FDC et la teneur en COP. Cependant ces résultats sont cohérents avec ceux de recherches récentes effectuées par Gamier et al. (1990, 1991) qui ont montré une nette corrélation entre la capacité d’échange cationique et le COP (sur des particules du Rhône) Il y’a plusieurs raisons qui peuvent expliquer de telles corrélations; D’une part, il y’a des corrélations argile/COP simplement dues à un mélange des particules riverines avec des particules plus grossières (sables ou carbonates). Ce n’est pas forcément le cas de l’estuaire du Rhône à l’échelle de l’année où, au contraire, il existe une relation positive entre COP et les teneurs en argiles et carbonates. Par contre, à l’échelle d’une seule campagne un mélange (forcément simultané) du COP et des argiles par la même phase plus grossière (silice ou carbonates) explique une corrélation sans que l’augmentation de la CEC et de l’adsorption du Cs soient forcement due à la matière organique. D’autre part, on peut penser à un processus plus direct ou la présence de matière organique favorise la floculation des particules argileuses colloïdales, d’où encore une relation entre tous ces paramètres, qui n’implique pas que le Cs soit adsorbe sur ta MO de surface. Les valeurs de FDC à ta référence fluviale sont dispersées lors des missions Viviane (novembre 1991) et Cyril (mars 1991 ) Ces variabilités sont directement liées à la variation de l’origine géographique des particules arrivant à l’estuaire en début et en fin de crue. Cette variabilité persiste en zone estuarienne à cause du faible temps de résidence des particules en suspension dans cette zone L’estuaire du Rhône peut donc être considéré comme un estuaire à réponse rapide 

estuaire de l’Ebre

Les valeurs de FDC du Cs obtenues dans cet estuaire sont du même ordre de grandeur que celle du Rhône. Lors de la mission d’automne (Cécile, septembre 1990), les logarithmes des FDC décroissent de 4 à la référence fluviale jusqu’à 2.3 à la référence marine. Cependant la réduction des FDC avec la salinité est moins prononcée pour la mission Liza, avril Ï990,(moins d’une unité log). Pour cette mission de printemps, comme c’est le cas des missions de printemps dans l’estuaire du Rhône, les FDC ont tendance à augmenter à partir de la salinité 20 (figure A3.2 en annexe). Les hypothèses établies pour l’estuaire du Rhône peuvent être faites dans le cas de l’Ebre aussi. Lors de la mission Cécile (septembre 1990), certains échantillons ont été prélevés en zone anoxique (tableau A3.2 en annexe). Les résultats obtenus pour ces points ne se distinguent pas du lot, bien que les concentrations en ions ammonium soient élevées. Nous pensons que l’effet de ces derniers est masqué par celui des ions potassium parce que cette zone anoxique est située dans la zone d’eau salée. iv) Estuaire de l’Escaut: Le comportement des FDC du Cs dans cet estuaire est très particulier. Les FDC diminuent d’amont en aval seulement d’un facteur 3. L’échantillon le plus à l’amont prélevé lors de cette mission est Mari 12, et a une salinité de 0.86. Notons aussi que les échantillons de faible salinité ont également de faibles teneurs en oxygène et de très hautes concentrations en tons ammonium de l’ordre de 10 mg.l’ (tableau A3.4 en annexe). A titre indicatif, la concentration moyenne d’ions NH/ dans le Rhône est de l’ordre de 0.2mg.l’. Ces hautes teneurs en ions ammoniums sont à notre avis responsables de la faible diminution des valeurs de FDC avec la salinité à cause des réactions d’échanges d’ions entre Cs* et NH<* à la surface des particules solides qui sont importantes pour les échantillons de faible salinité.