Contribution à l'etude des échanges de phosphate à l'interface eau-sédiment en milieu fluvial : evaluation des flux. : Mesure des capacités de relargage et d'adsorption des sédiments : Applications aux fleuves Seine et Charente

= Contribution to the study of phosphate exchanges at the sediment-water in rivers : Evaluation of fluxes : Measure of sediments release and adsorption capacities : Application to rivers Seine and Charente.

• Auteur / Autrice : Valérie Gaultier
• Direction : René Belamie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie appliquée
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chaleur d'adsorption

Sédiments fluviaux

Phosphates

Résumé

Cette recherche vise à identifier les formes d'accumulation du phosphate dans les sédiments, leur évolution ainsi que leur transfert au sein du sédiment et à l'interface eau-sédiment. Dans le phénomène d'eutrophisation des fleuves, les processus d'échanges du phosphate à l'interface eau-sédiment jouent un rôle non négligeable. Le stock de phosphate des sédiments peut être en effet mis en solution dans des conditions physico-chimiques et biologiques particulières et rejoindre le phosphate apporté par le bassin versant. Les mécanismes contrôlant la distribution du phosphate entre les phases dissoute et particulaire sont l'adsorption, la désorption, la précipitation la dissolution, l'assimilation biologique la minéralisation de la matière organique. Les échanges de phosphate à l'interface eau-sédiment sont dépendants de la diffusion moléculaire, de la bioturbation, de l'advection, de la remise en suspension et de la sédimentation. La diagénèse précoce dans le sédiment fait référence à l'ensemble de ces mécanismes. La spéciation chimique des formes du phosphate selon la méthode de Williams et Jacquet (1976) fait apparaître que plus de 50 % et plus de 40 % du phosphate total des sédiments correspond en partie aux phosphates liés aux hydroxydes de fer, respectivement pour les stations d'étude de la Seine et de la Charente. Les flux diffusifs à l'interface eau-sédiment, calculés à partir des gradients de concentration en orthophosphates obtenus à l'aide de plaques à diffusion, sont dirigés de l'eau interstitielle des sédiments vers la colonne d'eau. Ces flux diffusifs sont en moyenne inférieurs à 1 mg. M-2. H-1 et n'engendrent pas d'augmentation significative dés concentrations en orthophosphates dans la colonne d'eau. Les flux benthiques à l'interface eau-sédiment, estimés in situ à l'aide de chambres benthiques, prennent en compte les phénomènes d'adsorption, de désorption, de bioturbation et d'advection, contrairement aux flux diffusifs. Ainsi, aux stations d'étude de la Seine, les flux benthiques sont de l'ordre de 10 mg. M-2. H-l et sont supérieurs aux flux diffusifs. Aux stations d'étude de la Charente, aucun flux benthique n'est détecté. L'apport de phosphate particulaire au sédiment de surface (compris entre 3 et 103 mg. M-2. H-1) est toujours su~rieur à l'exportation de phosphate dissous du sédiment par diffusion. Ceci peut provenir du fait que les flux de sédimentation mesurés à l'aide de pièges à sédiment sont surestimés en raison de la resuspension. Des expérimentations de remise en suspension en réacteur ont permis d'estimer les capacités des particules de sédiment à relarguer ou à adsorber le phosphate. Le relargage peut être à l'origine d'une augmentation des concentrations en orthophosphates dans la phase dissoute de l'ordre de 0. 5 mg. I- 1. Après adsorption, la charge interne initiale en phosphate total des particules de sédiment peut augmenter de 20 à 100 %. Ces quantités de phosphate relarguées et adsorbées non négligeables démontrent que la remise en suspension. Constitue une voie importante de transfert du phosphate entre les phases particulaire et dissoute.

This research aims to identify the forms of phosphate accumulation in sediments, their evolution and their transfer within the sediment and at the sediment-water interface. In the eutrophication of rivers, phosphate exchanges at the sediment-water interface play an important role. In specific physical , chemical and biological conditions, the internal phosphate loading of the sediment can return. Into solution and rejoin the phosphate brought by the watersheds. The mechanisms controlling the repartition of phosphate between the dissolved and the particular phase are adsorption desorption, precipitation dissolution an~ biological assimilation mineralisation of organic matter. The exchanges of phosphate at the sediment-water Interface are dependent of diffusion, bioturbation, advection, resuspension and sedimentation. Early diagenesis refers to ail these processes. The fractionation of the different forms of phosphate, according to the scheme of Williams and Jacquet (1976), shows that more than 50 % and 40 % of total phosphate correspond to ferric hydroxides bound phosphate, respective! y at the stations of Seine and Charente rivers. Diffusion fluxes at the sediment-water interface, calculated from the orthophosphate's concentration gradients obtained with diffusion samplers, are directed from the interstitial water toward the water column. The diffusion fluxes are, in average, lower than 1 mg. M-2. H-l, and do not create significant increase of the concentrations of ortbophosphates in the water column. The benthic fluxes at the sediment-water interface, evaluated in situ with benthic chambers, take into account adsorption, desorption, bioturbation and advection, unlike the diffusion fluxes. So, at the station of river Seine, benthic fluxes are around 10 mg. M-2. H-l and are higher than diffusion fluxes. At the stations of river Charente, no flux is detected. The particular phosphate brought to surficial sediment (between 3 and 103 mg. M-2. H-l) is al ways higher than the export of dissolved phosphate from the sediment by diffusion. This can be attributed to the fact that the sedimentation fluxes are overestimated. Owing LO resuspension. . Experimentatio n s of resuspension in reactor, allowed to estimate the phosphate re lease and adsorption capacity of the sediment. The release can be at the origin of an increase of phosphate concentrations in the dissolved phase of 0. 5 mg. L- 1. After adsorption, the total phosphate initial internal loading of the sediment particles can increase from 20 to lOO %. The released and adsorbed phosphate quantities demonstrate that resuspension constitutes an important way of phosphate transfer between the particular and the dissolved phases.