Dynamique des éléments traces dans les eaux de surface des bassins versants agricoles de Gascogne

Dynamics of trace elements in surface water of Gascogne agricultural basins

• Auteur / Autrice : Yao Mathieu N'guessan
• Direction : Anne Probst, Jean-Luc Probst
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosystèmes, écosystèmes et environnement
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbonates

Sédiments fluviaux

Gascogne (France)

Bassins hydrographiques

Éléments traces

Mots clés libres

Phase dissoute

Mobilité

Facteur d'enrichissement

Résumé

La Gascogne, située dans le Sud-Ouest de la France, est une région marquée par une forte activité agricole, avec plus de 75% de terres cultivées. Pour évaluer l'impact des pratiques agricoles sur la qualité des eaux de surface drainant cette région, 83 échantillons de sédiments de fond et 75 échantillons d'eau de rivières ont été prélevés. Les concentrations en éléments majeurs, traces (Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Pb et Cd), terres rares (REE), COP et COD et le pH ont été mesurés. Les résultats obtenus montrent des concentrations en PHE (Potential Harmful Element) évoluant de 0,01 µg. L-1 (Cd) à 4,46 µg. L-1 (Zn), et de 0. 11µg. G-1 (Cd) à 84. 98 µg. G-1 (Zn), respectivement dans les eaux en phase dissoute et dans les sédiments de fond en phase particulaire. Les PHE de la phase dissoute sont contrôlés par les chlorures et la matière organique, notamment dans les zones où la contribution anthropique en chlorures et matière organique est significative. Ceux des sédiments de fond sont majoritairement liés aux oxydes de fer et aux aluminosilicates, à l'exception de Cd qui est associé aux carbonates. Tous ces PHE proviennent essentiellement des processus d'altération de la molasse. Toutefois, un enrichissement faible à modéré (facteur d'enrichissement, EF inférieur à 5) a été mis en évidence, notamment pour Cd, Co et Pb. L'enrichissement en Cd est marqué dans les bassins carbonatés à activités agricoles (probablement dû aux épandages de fertilisants phosphatés) engendrant une contribution à hauteur de 35% de sa concentration totale. Les autres PHE sont plutôt affectés par les dépôts atmosphériques dans les zones plus forestières, avec une contribution entre 2% (Cr) et 24% (Co) de la concentration totale. La contribution anthropique du Pb estimée par une approche isotopique (24%) est très proche de la valeur obtenue par l'approche géochimique (22%). Les 3 éléments les plus enrichis (Cd, Co, Pb), présentent également le plus grand potentiel de mobilité et de disponibilité biologique vis à vis des conditions physico-chimiques des rivières gasconnes. Finalement, les profils de concentrations en terres rares, ont permis notamment de montrer que la signature géochimique des sédiments de fond de ces rivières reflète bien celle des horizons de surface des sols, par lesquels la plupart des polluants transitent avant d'être érodés/lessivés vers les cours d'eau.

The Gascogne region, located in the South West of France, is cultivated for more than 75% of the area. To evaluate the impact of agricultural practices on the river quality in this region, 83 samples of river bed sediments and 75 samples of river waters were collected. Major and trace elements (Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Pb and Cd) concentrations, rare earth elements (REE), POC and DOC, pH were analyzed in these samples. The results show that PHE (Potential Harmful Elements) concentrations vary from 0,01 µg. L -1 (Cd) to 4,46 µg. L -1 (Zn) and from 0. 11µg. G -1 (Cd) to 84. 98 µg. G -1 (Zn) respectively, in the dissolved fraction of the river water and in the particulate fraction of the bed sediments. In the dissolved fraction, PHE are controlled by chloride and organic matter, particulary in the areas where the anthropogenic inputs of these compounds are significant. In the river bed sediments, particulate PHE are mainly associated to iron oxides and aluminosilicates, except Cd which is associated to carbonates. In the Gascogne rivers, PHE mainly originated from natural weathering processes; nevertheless, an anthropogenic contribution can be observed, particularly for Cd, Co and Pb, but the enrichment factor (EF) does not exceed 5. Cd enrichment is particularly important in carbonated cultivated catchment (probably in relation to phosphate fertilizer inputs), which contribute to 35% of the total concentration. The other PHE are more affected by atmospheric depositions in forested areas, which supply between 2% (Cr) and 24% (Co) of the total PHE concentration. Pb anthropogenic contribution (24%) estimated using Pb isotopes is close to the value obtained by geochemical approach (22%). Cd, Co and Pb are the most enriched elements and are the most mobile and available for organisms within the physico-chemical conditions of Gascogne rivers. Finally, REE concentration patterns allow to show that the geochemical signature of Gascogne river bed sediments reflects that of soil surface horizons, in which most of the pollutants are passing through before to be eroded/leached towards the rivers