Conséquences de la mobilité des métaux (As, Cd, Cu, Pb, Sb et Zn) émis par d’anciens sites miniers sur la qualité des sédiments : Importance des apports anthropiques par rapport au fond géochimique naturel

Consequences of the mobility of metals (As, Cd, Cu , Pb, Sb and Zn) issued by former mining sites on on the quality of the sediments : Importance of the anthropic contributions compared to the natural geochemical bottom

• Auteur / Autrice : Sonda Ghorbel
• Direction : Alexandra Courtin-Nomade, Cécile Grosbois-Bacchi, Hubert Bril
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'environnement
• Date : Soutenance le 03/07/2015
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'environnement Gay Lussac (La Rochelle ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupement de Recherche Eau, Sol, Environnement
• Jury : Président / Présidente : Michel Baudu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandra Courtin-Nomade, Cécile Grosbois-Bacchi, Hubert Bril, Xavier Bourrain, Alexandra Coynel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Margot Munoz, Corinne Casiot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résidus (minéralurgie)

Effets des sédiments

Environnement -- Recherche

Mines (sites d'extraction)

Mots clés libres

Sédiments

Haldes

Éléments métalliques

Phases porteuses

Tests de toxicité

Sediments

Tailings

Metallic elements

Mineralogical carriers

Toxicity tests

Résumé

Ce travail de thèse s’est intéressé à deux des plus importants districts plombo-argentifères du Massif central : Pontgibaud et Auzelles exploités jusqu’à la fin du 19ème siècle. Les objectifs ont été d’identifier les sources de plusieurs éléments métalliques (EM) (Ag, As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn), d’apporter des éléments de réponse quant à leur origine (géogénique vs anthropique), d'étudier leur transport, leur distribution et leur impact sur l'environnement. Pour ce faire la détermination de la spéciation solide des EM (compositions chimique et minéralogique des sédiments de surface) a permis d’identifier les phases porteuses. Ces phases sont d’origine détritique mais aussi authigènique et les EM sont principalement liés aux sulfates et oxydes de Fe et/ou Mn quel que soit le district, et aux carbonates pour celui d’Auzelles. La détermination des bruits de fond géochimique de ces districts montre que les sédiments en dehors des environnements miniers immédiats ont des compositions chimiques en EM dans la moyenne nationale. Les facteurs d’enrichissement calculés pour les sédiments à proximité des haldes montrent des enrichissements extrêmement élevés pour certains EM comme Pb. Les indices Igeo et QSm montrent aussi un degré de contamination souvent extrême nécessitant une étude plus poussée de la stabilité des phases porteuses. Pour cela l’étude de la mobilité des éléments d’intérêt et de leur cinétiques de relargage (extractions chimiques, essais de conformité et essais de lixiviation en réacteurs fermés) ont montré notamment que Cd, Pb, Sb et Zn étaient les éléments les plus labiles. De plus la biodisponibilité et le stress toxicologique que les EM relargués peuvent représenter sur le biota ont été testés pour deux organismes benthiques cibles, Daphnia magna et Pseudokircheneriella subcapitata. Le contact de ces organismes avec des éluats des sédiments de surface pendant 24h a montré l’inhibition de croissance des algues et l’immobilisation des daphnies indiquant une action rapide de certains EM (Cd, Pb et Zn) et pouvant impacter la macrofaune benthique.

This work concerns two of the most important Ag-Pb mining districts of the french Massif central: Pontgibaud and Auzelles which were exploited until the late 19th century. The objectives were to identify the sources of several metallic elements (ME) (Ag, As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn), to determine their origin (geogenic vs anthropogenic), to study their transport, their distribution and their environmental impact. In this way, the solid speciation of ME was determined (chemical and mineralogical composition of the surface sediments). The mineralogical carriers are both herited and neo-formed mainly detected as sulphates and Fe/Mn oxides whatever the district, and as carbonates for Auzelles. The geochemical background of these districts are in the national mean range and enrichment factors calculated for sediments near the dumps show extremely high enrichment for some ME such as Pb. The Igeo and QSm index frequently show extremely high degree of contamination requiring deeper investigation regarding the main carriers stability. Thus the mobility of the ME and their release kinetics (chemical extractions, and leaching and compliance static tests) show that Cd, Pb, Sb and Zn are the most mobile elements. The, bioavailability and toxicological stress that ME may represent have been tested for two targeted benthic organisms, Daphnia magna et Pseudokircheneriella subcapitata. In contact with the eluates of the surface sediments for 24 hours, the growth of the algae was inhibited and immobilisation of the Daphnies increased, indicating a rapid effect of some ME (Cd, Pb and Zn) which may affect the benthic macrofauna.