Transports des ions majeurs, éléments nutritifs, carbone organique, et des metaux en traces particulaires (Al, Fe, Mn, Cd, Cu, Hg, Pb et Zn) dans un fleuve anthropisé : la Seine. Importance des crues : comparaison avec le Rhône moyen

Titre
Publication TypeThesis
Year of Publication1998
AuthorsIdlafkih, Z
UniversityUniversité Pierre et Marie Curie - Paris VI
Thesis TypemastersPhD Thesis
Abstract

La Seine et le Rhin moyen constituent des exemples typiques de cours d’eau fortement influencés par les activités humaines. La Seine est, en effet, soumise à une forte pression humaine (10 millions d’habitants)concentrée dans l’agglomération parisienne. La partie fran{\c c}aise du Rhin, beaucoup moins peuplée est, en revanche, très influencée par les rejets de Mines de Potasse d’Alsace (MDPA). Au cours de ce travail, nous nous sommes attachés à l’étude (i) du transport des ions majeurs, éléments nutritifs, carbone organique et des métaux en traces particulaires (Al, Fe, Mn, Cd, Hg, Pb, Cu et Zn) dans la Seine, (ii) et du transport des ions majeurs et des éléments nutritifs dissous dans le Rhin moyen. L’étude préliminaire que nous avons mené dans la Seine au cours de la crue 1993/94, et les con- naissances déjà acquises sur la qualité des eaux dans le bassin, en particulier à Poses, nous ont permis de mettre en place un suivi plus adaptés à la surveillance du transport des polluants dans la Seine pen- dant l’année 1994/95. Sur ces bases, nous avons étudié la variabilité spatiale et temporelle de qualité chimique des eaux dans le bassin de la Seine. Nous avons mis ensuite en évidence l’impact de Paris, marqué par des gradients de concentrations croissants d’amont en aval pour les éléments sensibles aux rejets domestiques, urbains et industriels (Na+ IC, Cl, F-, N-NH , p_po,’, P-total, et métaux en traces particulaires: Cd, Hg, Pb, Cu et Zn). Pour le Rhin moyen, les données de la surveillance en routine à Village-Neuf, Seitz, Lauterbourg et Maxau nous ont permis d’étudier la variabilité spatiale et tempo- relle des MES et des concentrations des ions majeurs et des nutriments dissous, et de mettre en évi- dence l’impact très marqué des MDPA sur les niveaux de Cl-, Na+ et K+. L’évolution de la composition chimique des eaux fluviales au cours du cycle hydrologique annuel est étudiée dans la Seine à Poses (1990/95), et dans le Rhin moyen à Village-Neuf (1985 à 1992) et Seitz (1971 à 1992). Le comportement des éléments dissous (ions majeurs, nutriments et COD), des MES et polluants associés dans ces deux fleuves dépend fortement des variations de débit. Les crues et les hautes eaux, de durées relativement courtes, jouent un rôle majeur dans la régulation des concen- trations dissoutes et des teneurs particulaires. Elles sont responsables de la majeure partie du transport annuel.

Afin d’estimer correctement les flux annuels des éléments, nous avons testé plusieurs méthodes de calcul des flux. L’échantillonnage et le mode de calcul F, stratifiés semblent optimum pour le calcul des bilans annuels. Un échantillonnage hebdomadaire demeure nécessaire lors des crues de la Seine. La relation MES vs. Q a permis d’estimer les flux annuels des MES à 20% près. L’échantillonnage en continu des matières particulaires en suspension par des trappes à sédiments pendant une année ne reflète, par contre, pas la qualité chimique des MES transportées. Nous avons établi avec précision les régimes à long terme du transfert d’eau et des MES (plus de 30 ans) et les flux annuels des polluants dans la Seine (année 1994/95) et dans le Rhin moyen (de 1985 à 1992). Les transferts d’eau et de MES dans la Seine à Poses (régime océanique) et le Rhin à Maxau (régime nival et pluvionival complexe) sont contrastes. Le régime des MES dépend fortement des écoulements et les crues jouent un rôle majeur dans leur transport. Dans la Seine à Poses, les an- nées 1993/94 et 1994/95 sont exceptionnelles dans la chronique à long terme, les transferts d’eau et des MES y sont tous deux maximum. Les rejets de l’agglomération parisienne sont estimés par la comparaison des flux entre les stations amont et aval. L’agglomération parisienne contribue au transport total à Poses/Seine pour 11% de N- NC)3,80% de N-NH , 6%% de P-PO , 17% de COD (forme dissoute), et pour 30% de MES, 40% de COP, 28% d’AI, 24% de Fe et Mn, 70% de Cd et Hg, 47% de Pb, 60% de Cu et 45% de Zn (forme particlaire). Les Mines de Potasse d’Alsace contribuent au transport total à SeItz/Rhin pour 90% de Na+ et Cl- et 70% de K+. Afin de mieux définir la contamination des eaux dans le bassin de la Seine, nous avons recherché, au cours de deux campagnes menées en 1996 dans les petits ruisseaux non pollués situés dans la partie amont du bassin, les niveaux naturels des concentrations dissoutes et des teneurs particulaires. Le bruit de fond géochimique naturel est ainsi établi pour différents éléments nutritifs (dissous) et métalliques (particulaires).

Nous avons abouti finalement à une vision globale de la variabilité de la qualité des eaux dans le bassin de la Seine. Une forte contamination par les éléments nutritifs /hTU PO 3>, et les métaux en traces (Cd, Cu, Hg, Pb et Zn) est acquise au passage des eaux dans l’agglomération parisienne. Mais, en raison du grand apport d’eau et des MES lors des crues et des hautes eaux, les contaminations sont relativement moindres par rapport aux périodes de basses eaux. Si les rejets des MDPA sont réglementés dans le cadre de la Commission Internationale de Protec- tion du Rhin contre la pollution, dans le bassin de la Seine, les rejets urbains par temps de pluie (RUTP) et les rejets domestiques non traités introduisent encore des quantités considérables de pollu- tion dans le fleuve. Une politique de traitement de ces effluents s’impose pour limiter la pollution par les contaminants très toxiques comme les métaux en traces.