Thèse soutenue

La contamination métallique de la Seine et des rivières de son bassin : traçage par les isotopes du zinc

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Auteur / Autrice : JiuBin Chen
Direction : Jérôme Gaillardet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Géochimie et environnement
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Paris, Institut de physique du globe

Résumé

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Nous développons dans cette thèse une technique de la séparation chimique du zinc (Zn) adaptée à de grands volumes d'eau naturelle (Zn concentration <10 ppb). Il s'agit d'une méthode chromatographique permettant de purifier un volume d'échantillon important (en moyenne 500 ml) sans étape préliminaire d'évaporation. Nous présentons également nos résultats sur le développement de l'acquisition et du traitement des mesures isotopiques du zinc (et cuivre) par l'MC-ICP-MS Neptune de l'IPGP. Les résultats sont exprimés en d66Zn (0/00). Nous avons appliqué cette méthode à la Seine, une rivière contaminée caractérisée par des enrichissements très nets en éléments métalliques de transition. Notre étude constitue la toute première du genre et a permis de mesurer systèmatiquement la phase dissoute et la phase solide d'échantillons de la Seine à Paris (prélévement mensuel pendant deux années) et sur les principaux affluents et têtes de bassin du réseau hydrographique. Nous reportons également la composition isotopique du Zn sur des échantillons "anthropiques", comme les boues ou eaux des usines dépuration. Parmi les résultats importants de ce travail, nous montrons que le Zn se comporte comme un élèment conservatif dans la rivière, mais pas dans les sols. Les isotopes du Zn sont donc un bon traceur des mélanges entre masses d'eau contenant du Zn naturel ou anthropique. Dans la phase dissoute, des variations isotopiques très claires sont observées des sources jusqu'à l'estuaire et avec le temps à Paris. Au premier ordre, la corrélation inverse entre la composition isotopique et le facteur d'enrichissement de l'échantillon en Zn (par rapport au bruit de fond naturel) démontre un mélange entre deux sources très distinctes isotopiquement. Ces sources sont un réservoir naturel (enrichi en isotope lourd) qui correspond aux eaux des aquifères carbonatés et un réservoir anthropique (enrichi en isotope léger) dominé par les rejets des usines de traitement des eaux. Il apparaît que la composition isotopique (0. 03 0/00) de ces eaux anthropiques parisiennes est très influencée par le Zn des toits de Paris, qui possède une composition isotopique du Zn proche de 0 0/00. Notre étude confirme la rétention du Zn dérivé des précipitations, des engrais ou des composts dans les sols des régions rurales, qui sont certainement dans un état transitoire de stockage vis-à-vis de la contamination en Zn. Les particules des rivières montrent également des variations isotopiques significatives et corrélées pour l'essentiel à celle de la phase dissoute. L'excés de Zn, par rapport au bruit de fond naturel, peut atteindre 80% dans les sédiments que transporte la Seine et les mêmes mélanges entre un pôle naturel, silicaté cette fois, et un pôle anthropique ressortent de l'analyse des sédiments. La contribution de la source naturelle est < 7% pour la phase dissoute et 28% pour la phase particulaire. Les particules porteuses de la contamination anthropique restent mal identifiées, mais dérivent le plus vraisemblablement des usines d'épuration ou des eaux usées par temps de pluie de la région parisienne. Notre étude appelle de futurs travaux permettant de mieux contraindre isotopiquement les différentes sources de Zn anthropogénique, et les mécanismes qui interviennent dans la régulation, mais au premier ordre, la composition isotopique du zinc apparaît comme un traceur très intéressant de la contamination anthropique de l'environnement