Transfert de métaux entre eau et suspensions dans les estuaires

Khaled Sioud (1)

1 CERGRENE - CERGRENE

The fate of trace metals in estuarine and coastal areas is largely controlled by their distribution between water and suspended particles which generally have much higher residence times or eventually can be definitely deposited in these areas. The aim of this study is to better understand metals transfer between dissolved and particulate phases in estuaries. Water collected in five estuaries (Rhone, Ebro, Scheldt, Lena and Changjiang) was spiked with various radionuclides (109Cd, 134Cs, 65Zn, 54Mn and 60Co), and distribution coefficients (FDC) were measured after few hours of incubation time. The use of surface complexation models to interpret FDC measurements allowed to analyze the principal exchange processes of the selected metals in estuaries. These results could be used in the study of the transfer of metals in other aquatic systems. Colloids and dissolved organic ligands take a prominent par in metals transfer between particulate and dissolved phases. On the one hand, we showed that colloids and dissolved organic matter sorbed at the water/particle interface change the particle surface characteristics and reactivity to metals. On the other hand, we showed that metal complexation by colloids and dissolved organic ligands is very important. However the composition of these species is unknown.

Ce travail a pour but d'améliorer la connaissance des transferts de métaux entre les phases dissoute et particulaire en milieux estuariens afin d'évaluer et de mieux comprendre les variations de la répartition des métaux et de leur spéciation en fonction des conditions physico-chimiques des systèmes étudiés. Les estuaires sont caractérisés par des gradients importants de nombreux paramètres physico-chimiques tels que la salinité, le pH, la teneur en ligands organiques, la turbidité etc... Cinq estuaires ont été sélectionnés en raison de leurs caractéristiques hydrologiques, morphologiques physico-chimiques et biologiques différentes. Deux de ces estuaires sont microtidaux et débouchent sur la Méditerranée (le Rhône et l'Ebre), le troisième est un exemple type d'estuaire macrotidal pollué (l'Escaut) et les deux derniers ont des débits liquides et solides qui les situent parmi les dix plus grands fleuves du monde (le Changjiang et la Lena). Nous avons sélectionné cinq métaux (Cs, Cd, Zn, Mn et Co) dont le devenir est tributaire de la plupart des processus recensés en estuaire. Ces métaux ont par ailleurs des isotopes émetteurs gamma ayant des périodes de demi vie assez grandes, ce qui nous a permis d'utiliser une méthode de mesure des coefficients de distribution qui caractérisent les seules fractions labiles. L'application du modèle de complexation de surface pour l'interprétation des mesures de coefficients de distribution des cinq métaux dans les différents estuaires pour différentes conditions de débit et de saison a permis d'identifier les processus qui jouent un rôle dans la spéciation de ces métaux dans de tels milieux. Ces résultats peuvent s'appliquer à la compréhension des mécanismes de transfert entre phases dissoute et particulaire dans le cas d'autres métaux et d'autres systèmes aquatiques. Un intérêt particulier a été porté au rôle des colloïdes et des ligands organiques dissous dans la spéciation des métaux dans les milieux estuariens étudiés. D'une part nous avons montré que les composés organiques dissous qui s'adsorbent à la surface des particules en suspension modifient leurs propriétés de surface et contrôlent leur réactivité de surface vis-à-vis des métaux. D'autre part les colloïdes et ligands organiques dissous contribuent à la complexation des métaux dans la phase dissoute. Une méthode simple basée sur l'ajout d'un ligand ayant un fort pouvoir complexant, 1'EDTA (éthylène-diamine-tétra-acétate) a permis d'évaluer le pouvoir complexant des colloïdes et des ligands organiques dissous pour Zn et Cd dans l'estuaire du Rhône. Cependant la nature et la concentration de ces composés dissous restent inconnues.

Mots clés: fleuve; rivière; estuaire; environnement; hydrologie; biologie; physique; chimie; pollution eau; métal; élément métallique; matière en suspension; matière dissoute; matière particulaire; transfert masse; distribution spatiale; spéciation; adsorption; matière organique; essai; mesure; modélisation; Rhône (fl); Ebre (fl); Escaut (fl); Changjiang (fl); Lena (fl)

Domaines: Hydrologie; Milieux et Changements globaux; Chimie analytique

Khaled Sioud. Transfert de métaux entre eau et suspensions dans les estuaires. Hydrologie. Ecole nationale des ponts et chaussées - ENPC PARIS / MARNE LA VALLEE, 1994. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00574027⟩