Sources et réactivité des métaux traces le long du continuum sol-rivière impacté par l'activité d'orpaillage en Guyane française

Sources and reactivity of trace metals along the soil-river continuum impacted by gold panning in French Guiana

• Auteur / Autrice : Théo Sikander
• Direction : Cécile Quantin, Thierry Allard, Damien Guinoiseau
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris Saclay
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Altérations - ALTS
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Hydrogéochimie

Sédiments

Altération

Latérites

Contaminants

Érosion

Hydrogeochemistry

Contaminants

River sediment

Laterite

Erosion

Weathering

Résumé

En Guyane française, l'exposition aux métaux traces et aux métalloïdes (ETM) de la population vivant le long des fleuves et dans les zones côtières a été identifiée comme une préoccupation importante par les agences de santé publique. Plus précisément, la contamination par le plomb (Pb) est responsable de l'intoxication d'environ 30 % des enfants amérindiens, et le mercure (Hg) fait l'objet d'une restriction de la consommation de poisson afin de réduire son assimilation, sous forme de mono-méthyl-mercure, par les populations locales. Avec l'augmentation des activités d'orpaillage illégales et légales, connues pour être la première source de contamination en ETM des écosystèmes de la Guyane Française, cet enjeu sociétal et sanitaire est devenu une priorité pour le gouvernement français. Au cours de leur formation, les couvertures latéritiques ont accumulé des éléments d'intérêt économique (e.g., Au, REE, Ni) par précipitation de phases minérales supergènes issues de l'altération des minéraux primaires. Cependant, ils contiennent également des niveaux élevés d'ETM potentiellement toxiques accumulés naturellement (e.g., Hg, Pb, Cd). Leur préservation dans les couvertures latéritiques est cependant perturbée par les activités anthropiques, notamment via l'extraction -illégale - de l'or ou via le forçage climatique. Par conséquent, le remaniement, notamment pendant l'extraction de l'or, et l'érosion des couvertures latéritiques favorisent le transfert de particules riches en ETM dans les ruisseaux et les rivières. Dans l'écosystème fluvial, la biodisponibilité et la dissémination des ETM dépendent de leur spéciation chimique ainsi que de leur répartition entre les fractions particulaires, colloïdales et dissoutes. Des processus supplémentaires tels que la désorption des ETM ou des réactions catalysées ou médiées par l'action biologique peuvent également influencer le devenir des ETM pendant le transport fluvial et la formation de dépôts transitoires. Il est donc essentiel de quantifier les processus responsables du transfert des ETM des latérites vers les rivières. Le projet de thèse se concentrera sur les bassins versants des fleuves Mana et Maroni qui ont été soumis aux premières vagues d'exploitation de l'or au 19ème siècle et à l'exploitation illégale récente de l'or. Les deux fleuves sont caractérisés par des eaux riches en MO avec une forte teneur en particules en suspension riches en oxyde de fer provenant de ruisseaux affectés par les activités d'orpaillage. La provenance des sédiments ainsi que les conditions climatiques et hydrologiques sont d'une importance majeure dans le contrôle et le transfert des particules et des ETM associés, de l'amont vers l'aval du bassin versant. Relier la spéciation solide des ETM dans les profils latéritiques à l'évolution de cette dernière engendrée par le transport fluvial (par exemple à la confluence rivière-ruisseau), ou pendant le dépôt transitoire et la remobilisation des sédiments fluviaux est crucial pour avoir un diagnostic complet de la source vers le puits. Le projet est donc conçu pour : i) identifier les phases porteuses des ETM et comprendre les processus régissant l'accumulation des ETM dans les couvertures latéritiques. ii) documenter le transfert des porteurs d'ETM en solution ou en suspension le long des écosystèmes fluviaux, avec un accent particulier sur les colloïdes, riches en matières organiques et en phases réactives (par exemple, les oxydes de Fe), qui influenceront probablement la réactivité des ETM dans la colonne d'eau. iii) quantifier les sources et les processus affectant les ETM lors de la confluence de petites criques affectées par l'exploitation artisanale illégale de l'or avec les cours d'eau principaux (Mana et Maroni) iv) quantifier les processus affectant les ETM dans les dépôts transitoires, aux interfaces redox , et lors de la remise en suspension de ces sédiments pendant les phases de crues.

In French Guiana, exposure to trace metals and metalloids (TMEs) among the population living along rivers and in coastal areas has been identified as a significant concern by public health agencies. More specifically, lead (Pb) contamination is responsible for poisoning around 30% of Amerindian children, and mercury (Hg) is subject to restrictions on fish consumption to reduce its uptake in the form of mono-methyl-mercury by local populations. With the increase in illegal and legal gold-panning activities, known as the primary source of TME contamination of ecosystems in French Guiana, this health and social issue has become a priority for the French government. During their formation, laterite blankets accumulated elements of economic interest (e.g., Au, REE, Ni) through the precipitation of supergene mineral phases resulting from the alteration of primary minerals. However, they also contain high levels of potentially toxic naturally accumulated TMEs (e.g., Hg, Pb, Cd). However, their preservation in laterite is disrupted by human activities, particularly illegal gold extraction and climate forcing. Consequently, the reworking, particularly during gold extraction, and erosion of lateritic blankets encourage the transfer of particles rich in ETMs into streams and rivers. In the fluvial ecosystem, the bioavailability and dissemination of ETMs depend on their chemical speciation and distribution between particulate, colloidal, and dissolved fractions. Additional processes such as ETM desorption or reactions catalyzed or mediated by biological action can also influence the fate of ETMs during fluvial transport and the formation of transient deposits. It is, therefore, essential to quantify the processes responsible for the transfer of ETMs from laterites to rivers. The thesis project will focus on the catchment areas of the Mana and Maroni rivers, which were subjected to the first waves of gold mining in the 19th century and recent illegal gold mining. Both rivers are characterized by waters rich in OM with a high content of suspended particles rich in iron oxide from streams affected by gold panning activities. The origin of the sediments and the climatic and hydrological conditions are of significant importance in the control and transfer of particles and associated TMEs from upstream to downstream in the catchment area. Linking the solid speciation of TMEs in lateritic profiles to changes in the latter caused by fluvial transport (e.g., at the river-river confluence) or during the transient deposition and remobilization of fluvial sediments is crucial for a complete diagnosis from source to sink. The project is therefore designed to: i) identify the ETM carrier phases and understand the processes governing the accumulation of ETMs in lateritic blankets. ii) document the transfer of MTE carriers in solution or suspension along fluvial ecosystems, with particular emphasis on colloids, rich in organic matter and reactive phases (e.g., Fe oxides), which are likely to influence the reactivity of MTE in the water column. iii) quantify the sources and processes affecting TMEs at the confluence of small creeks affected by illegal artisanal gold mining with the main rivers (Mana and Maroni) iv) to quantify the processes affecting TMEs in transient deposits, at redox interfaces, and during the resuspension of these sediments during flood phases.