Caractérisation des phases porteuses : métaux particulaires en Seine

Identification of particulate metal carriers in the Seine River

• Auteur / Autrice : Cindy Rianti Priadi
• Direction : Philippe Bonté, Sophie Ayrault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, Océan, Espace. Géochimie environnementale
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cours d'eau

Spectrométrie de masse à plasma induit par haute fréquence

Spectrométrie EXAFS

Urbanisation

Spéciation (chimie)

Mots clés libres

Extraction séquentielle

Modèle de mélange

Résumé

Dans les systèmes aquatiques, les métaux ont des affinités particulières pour la fraction solide. Cette dernière pourrait donc constituer un risque toxique potentiel vers les organismes vivants. Pour une gestion durable du bassin de la Seine, il est nécessaire de caractériser la phase porteuse particulaire de métaux afin de connaître sa géochimie, d'y identifier l'impact de l'urbanisation de la région parisienne et d'en déduire les sources des métaux et leur mobilité. Ce travail de thèse consiste à étudier les métaux particulièrement anthropiques dans la phase particulaire en Seine, en amont et aval de la région parisienne, et les facteurs contrôlant la variabilité temporelle et spatiale des caractéristiques des phases porteuses. Pour ce faire, les matières en suspension (MES) sont étudiées dans leur milieu dans la colonne d'eau et un zoom progressif est effectué sur ces MES jusqu'à étudier l'environnement moléculaire du métal. Alors que le plomb (Pb) a confirmé son affinité pour la phase particulaire et le nickel (Ni) pour la phase dissoute, les autres métaux tels que le cobalt (Co), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le manganèse (Mn) et le zinc (Zn) semblent avoir une préférence partagée entre la phase solide et la phase dissoute. En aval de la région parisienne, la répartition solide/dissous de Co, Cu et Ni n'a pas seulement diminué, mais la variation temporelle de la répartition a également baissé, indiquant des formes d'association des métaux plus stables. Pour ce qui concerne Cd, Pb et Zn, c'est leur proportion associée à la fraction oxydable des MES, plus particulièrement aux oxydes de fer (FexOy), qui augmente après le passage de la Seine par la région parisienne. Une source identifiée de ces métaux associés à FexOy serait le sédiment de fond. Lors d'un épisode du déversement des eaux urbaines non traitées en période d'orage, le sédiment de fond est remis en suspension dans la colonne d'eau. Par un modèle de mélange, le sédiment de fond est estimé contribuer de 30-50% des métaux particulaires dans un panache de déversement, par rapport aux 10-30% des métaux provenant du déversement lui-même. Ensuite, le mélange de ce sédiment de fond avec les eaux d'assainissement pourrait apporter également des sulfures de Zn (ZnS). Ces sulfures ont une forme plutôt amorphe, en particules de quelques centaines de nm, isolées ou en grappes. Cette espèce réduite semble être stable car elle persiste dans la colonne d'eau bien que l'eau de la rivière soit considérée comme un milieu oxique.

Ln freshwater systems, metals are known to have a particular affinity for the solid fraction. Consequently, the latter may constitute a potential toxic risk for aquatic organisms. Sustainable management in the Seine River Basin requires characterizing particulate carrier phase of metals in order to determine its geochemistry, identify urbanization impact of the Greater Paris Region and deduce the sources of metals and their mobility. To achieve these objectives, suspended particulate matter (SPM) was studied in relative to the water column and zoomed upon until the metal's molecular environment. Ln agreement to previous studies, lead (Pb) was associated mostly to the solid fraction while nickel (Ni) was found mostly in the dissolved phase. As for the rest of the metals such as cobalt (Co), chrome (Cr), copper (Cu), manganese (Mn) and zinc (Zn), there seems to be a shared preference for the solid and dissolved phase. Downstream Paris, not only did solid lsolution partitioning of Co, Cu and Ni decrease, but also temporal variation of the partitioning during monthly observations, indicating more stable forms of carrier phases. As for cadmium (Cd), Pb and Zn, it was their oxidizable fraction in the SPM that increased downstream, particularly associated with iron oxides (FexOy). An identified source of these oxides would be the bed sediment. Ln the case of intense storm episode, the combined wastewater system would overload and a large volume of direct wastewater would overflow to the Seine River. Calculation using a mixing model suggested that bed sediment contributed from 30-50% of particulate metal found in the overflow plume. This is a relatively high contribution compared to the 10-30% of particulate metal which would originate from the overflow itself. Besides iron oxides, reduced environment in bed sediment and CSO would also contribute to ZnS found in the water column. These ZnS are identified as single or clustered amorphous nanoparticles. This species is rather stable as they are found to persist in oxic environment.