Devenir des polluants métalliques associés aux sédiments contaminés dans un cours d'eau en relation avec la dynamique sédimentaire PDF Download

Author: Mathilde Zebracki
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Dans les régions industrialisées les sédiments constituent souvent un réservoir important de contaminants qui peut devenir source de contamination sous certaines conditions. Le devenir de ces polluants dépend des processus chimiques et physiques se déroulant dans les sédiments et à l’interface eau-sédiment. La thèse a porté sur la caractérisation des processus sédimentaires sur des échelles de temps différentes et des modes de transfert des contaminants métalliques à l’interface eau-sédiment. Le site d’étude est compris dans un bief de la Scarpe (Nord, France). Les sédiments présentent des teneurs élevées en Zn-Pb-Cu-Cd. L’utilisation du 137Cs et du 210Pb a permis d’estimer la vitesse de sédimentation sur une échelle pluri-décennale (1-3 cm/an) et d’établir une chronologie de la pollution, largement associée aux activités humaines passées. Cependant, le refoulement actuel des eaux de ruissellement par une station de relevage contribue à dégrader encore le milieu. L’étude de la dynamique sédimentaire à l’échelle du mois a été mise en œuvre à partir d’un suivi de terrain et repose sur une utilisation originale du 7Be. On montre que les sédiments sont soumis à une alternance de périodes de dépôt/d’érosion, liée en partie aux facteurs hydrologiques et climatiques, et que la moitié des polluants métalliques récemment déposés peut repasser dans l’eau sous forme particulaire. Dans les sédiments, la dégradation de la matière organique se met rapidement en place (quelques cm) : consommation de l’oxygène (utilisation de microélectrodes) et remobilisation du Fe-Mn (utilisation de DET) ; la diffusion du Zn-Pb-Cd-Cu à travers l’interface eau-sédiment n’est que ponctuellement

Author: Gabriel Billon
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Languages : en
Pages : 90

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Les activités d'origine anthropique ont depuis des décennies progressivement contaminé les milieux aquatiques en divers éléments métalliques plus ou moins toxiques. De façon générale, les métaux transitent en premier lieu dans la colonne d'eau avant de s'accumuler fmalement dans la matrice sédimentaire. L'activité bactérienne dans ce compartiment ainsi que les nombreuses réactions biogéochimiques qui en découlent correspondent aux mécanismes de la diagenèse précoce et modifient plus où moins fortement l'environnement des éléments métalliques, c'est-à-dire leur répartition et donc leur (bio )disponibilité pour l'ensemble de la chaîne trophique. Par ailleurs, le piégeage des éléments présents à l'état de traces dans les sédiments n'est pas forcément définitif et des phénomènes de diffusion et/ou de convection (bioturbation, perturbation hydrodynamique) sont susceptibles de réintroduire ces éléments dans la colonne d'eau. C'est au sein de ces problématiques centrées sur le devenir des métaux présents à l'état de traces dans l'environnement aquatique que s'orientent mes recherches depuis ma thèse de doctorat commencée en 1998 (Billon, 2001). De nombreux travaux ont été entrepris dans les sédiments de surface des estuaires de l'Authie, de la Canche et de la Seine ainsi que des canaux du nord de la France et de la Belgique (Escaut, Deûle, Lys, Espierre), en partenariat avec des biologistes, des sédimentologues et des géographes. En particulier, des travaux ciblés sur le plomb et le zinc près de l'usine de Métaleurop (Boughriet et al, 2004 ; Vdovic et al., 2006), sur la répartition de l'uranium dans les sédiments estuariens (Billon et al., 2004 ; Billon et al, 2005), sur les indicateurs rédox au cours de la diagenèse précoce (Billon et al., 2002a, Billon et al., 2003) ont été réalisés. Un travail essentiel a également consisté en une meilleure compréhension du cycle du soufre dans les sédiments (Billon et al., 2001a et 2001b, 2002b), élément qui contribue fortement aux piégeages de métaux comme Cu, Cd, Pb ou Zn sous forme de sulfures (Billon et al., 2001c). Plus récemment, je mène en parallèle des recherches sur le développement de nouveaux outils analytiques [microélectrodes (Pizeta et al., 2003 ; Billon and van den Berg, 2004 ; Pizeta et al., 2005) et techniques de diffusion sur gel (Gao et al, 2006)] dans le but de réaliser des mesures in situ à l'interface eau-sédiment pour mieux appréhender les échanges entre le sédiment et la colonne d'eau. Enfin, le développement de microcapteurs m'a conduit à ouvrir très récemment une collaboration avec la Faculté de Trondheim (Norvège) pour mettre en place une station pilote autonome de mesures électrochimiques dans des environnements pollués ou à risque, afm d'obtenir en temps réel et à haute fréquence (de l'ordre de la dizaine de minutes) des renseignements sur la teneur en métaux traces dans la colonne d'eau (Skogvold et al, 2006).

Author: Franck Marot
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Category : Decontamination (from gases, chemicals, etc.)
Languages : fr
Pages : 352

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L'objectif de cette étude est d'évaluer les possibilités de décontamination des vases de dragage polluées par des métaux lourds et de déterminer leur devenir après traitement. Les travaux portent sur des sédiments d'estuaires et de canaux prélèves sur différents sites français. Dans un premier temps, les caractérisations physiques, chimiques et minérales de ces produits ont montré des pollutions complexes et parfois très marquées. Les études de spéciation menées par une succession de séparations physiques, d'observations binoculaires et d'analyses au microscope électronique a balayage et a la microsonde, ont permis de déterminer pour chaque sédiment, les principaux porteurs de métaux (microsulfures, précipitations de carbonates, adsorptions sur des grains d'oxyde de fer, particules anthropiques,...). A l'issue de ces travaux, des essais de traitement physique et physico-chimique visant à concentrer ces porteurs sur une fraction pondérale réduite, ont été effectués. La flottation a conduit aux résultats les plus prometteurs. L'efficacité de cette technique de tri est cependant très sensible à la nature des collecteurs chimiques utilises et seuls des tests d'optimisation sont en mesure de parfaire leur choix. Par ailleurs, selon les objectifs de décontamination fixés, des séparations gravimétriques ou densimétriques complémentaires peuvent permettre d'affiner le traitement. Dans un troisième temps, le devenir des matériaux traités a été étudié sur le plan du comportement mécanique. Avec des fractions fines souvent importantes, la consolidation de ces produits est très lente. Pour prédire son évolution dans le temps, une étude expérimentale a été menée en centrifugeuse sous macrogravité. Les degrés de consolidation atteints en fin d'essai (90% après un temps équivalent de 900 jours) et les tassements mesures (70% de la hauteur initiale) ont montré la lenteur et l'importance du phénomène étudié.

Author: Herbert E. Allen
Publisher: CRC Press
ISBN: 9781575040103
Category : Science
Languages : en
Pages : 320

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Over the past decade the sediments of many rivers, lakes, and estuaries have been contaminated by inorganic and organic materials. Contaminants from sediments, under certain conditions, can be released into overlying waters. Thus, sediments may be an important source of contaminants to waters in which littoral and atmospheric contaminants have been reduced or eliminated. Often found in aquatic sediments, metals are exposed to many reactions, such as sorption and precipitation, and are greatly influenced by the redox conditions in the sediment. The reactions - usually over a period of time - reflect biotic processing as well as chemical transformations. This book describes these important processes. Metal Contaminated Aquatic Sediments outlines advances in environmental chemistry, effective new modeling techniques, applications for biological treatment, and cycling and transport of trace metals in sedimentary environments. Each chapter contains a detailed reference section that draws upon a stunning array of sources. The book includes many figures and tables that illustrate the process under discussion. Features

Author: Duc Huy Dang
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Languages : fr
Pages : 0

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Les écosystèmes côtiers méditerranéens sont soumis à de multiples sources de contamination (activités agricoles, industrielles et touristiques) impactant à des degrés divers les compartiments environnementaux (colonne d'eau, sédiments, biota, ...). En particulier, des études précédentes ont démontré que les sédiments de la Rade de Toulon présentent un niveau de multi-contamination très important, qui pourrait avoir des conséquences non-négligeables sur l'écosystème côtier, ce qui nécessite la réalisation de différentes études complémentaires visant à mieux comprendre les processus régissant le transfert potentiel des polluants vers le milieu environnant. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse consistent à étudier les processus contrôlant la dynamique des polluants inorganiques dans la colonne sédimentaire et à l'interface eau/sédiment et à évaluer leur remobilisation potentielle vers la colonne d'eau. Trois modes principaux de dispersion peuvent conduire à une remobilisation des contaminants: (1) la diagénèse précoce mobilisant des éléments nutritifs et des éléments traces métalliques et métalloïdes, (2) la remobilisation des contaminants lors de remises en suspension sédimentaire, et (3) le flux diffusif à l'interface eau/sédiment en lien avec la mobilité des contaminants dans la colonne sédimentaire. Pour atteindre ses objectifs, ce projet de thèse combine des approches in-situ (carottage d'interface, extraction de l'eau interstitielle, traitement/analyse des eaux interstitielles et des fractions solides, ...), des expériences en laboratoire (suivi cinétique de la remobilisation des contaminants lors des mélanges eau/sédiment, extractions séquentielles...), des outils de modélisation (calcul de la spéciation chimique, simulation de la partition dissous/particulaire, simulation des profils sédimentaires, réactivité de la matière organique, ...) ainsi que le traçage des sources de contamination et de leur transfert entre différents compartiments environnements à l'aide des isotopes stables du Pb. Ces travaux ont été réalisés en étroite collaboration avec le LASEM et avec la contribution de différents partenaires (EPOC/Université de Bordeaux, Ruđer Bošković Institut/Croatie, CAM/Université de Lausanne/Suisse, IFREMER, IRSN, ...).

Author: Stéphanie Piou
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Languages : fr
Pages : 55

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Le curage régulier des cours d'eau est nécessaire pour permettre la navigation et prévenir les risques d'inondation. Dans le bassin Artois-Picardie, plus de 3,5 millions de m3 de sédiments ont été curés entre 1990 et 2000 (Royal Haskoning, 2002). Ces activités de dragage sont actuellement régies, d'une part par la loi sur l'eau du 3 janvier 1992, et, d'autre part, par la loi sur les ICPE du 19 juillet 1976. Concernant la gestion des matériaux issus de dragage, il n'existe à ce jour aucune loi. Les sédiments de curage peuvent pourtant comporter des quantités non négligeables de polluants organiques et inorganiques susceptibles d'être à l'origine de risques environnementaux. Voies Navigables de France, est un des principaux organismes français confrontés à la gestion des sédiments de curage. Depuis plusieurs années, leurs services proposent une évaluation préalable des sédiments avant les opérations de dragage. Cette évaluation est essentiellement physico-chimique et concerne les sédiments en place uniquement. VNF mesure les concentrations en métaux, en hydrocarbures totaux, en phénols et en PCB et HAP dans les lixiviats des sédiments (VNF, 1998). Les critères de décision concernant le classement des sédiments dans l'une des trois catégories précisées ci-dessus tiennent compte des concentrations en As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg et en hydrocarbures totaux dans les sédiments. Les résultats sont utilisés pour orienter les sédiments excavés vers : une voie de valorisation sans aucune restriction (concentrations inférieures au seuil 1) une voie de stockage ou de valorisation, à l'exception de l'épandage sur terres agricoles (concentrations toutes inférieures au seuil 2) une voie de stockage ou de valorisation après une étude de faisabilité préalable. Cette procédure reste discutable puisqu'elle est essentiellement basée sur les concentrations totales en métaux dans les sédiments, sans prise en compte du caractère transférable par l'eau de la contamination ni de la biodisponibilité des polluants. Enfin, la procédure ignore les conséquences de la mise en dépôt sur les transformations géochimiques affectant les métaux, leur mobilité et leur toxicité. Quelques travaux, généralement effectués en conditions contrôlées de laboratoire ou in situ à court terme (un à deux ans au maximum), rapportent une mobilisation des métaux suite à la mise en dépôt, au contact de l'atmosphère (Altmann et Bourg, 1997 ; Boult et Rebbeck, 1999 ; Caille et al., 2002). Toutefois dans ces études, l'évolution géochimique et écotoxicologique des sédiments à plus long terme, ne sont pas évaluées. La contamination par transfert des nappes souterraines, des eaux de surfaces ou des cultures voisines des sites de dépôt reste donc difficile à appréhender sur le long terme. Certaines situations sont particulièrement préoccupantes car, par le passé, peu de précautions étaient prises lors de la mise en dépôt de ces matériaux. Certains sites sont installés à proximité de points sensibles comme des stations de pompage d'eau potable souterraine ou des habitations. Les dépôts peuvent n'être séparés de l'aquifère que par quelques mètres d'épaisseur, composés d'un matériel faiblement imperméable. Il convient donc de bien comprendre le comportement des polluants dans les sites de dépôt à long terme afin d'éviter toute évolution néfaste. Dans le cas des polluants organiques, Alexander (2000) a proposé le terme d'" ageing ", vieillissement, pour définir le processus qui conduit à une moindre extractabilité des composés et à une diminution de leur biodisponibilité. Cet auteur a suggéré l'existence d'un tel processus pour les composés inorganiques. Un programme de recherche a été élaboré pour évaluer l'hypothèse d'Alexander, fondé sur une caractérisation physico-chimique et écotoxicologique de sédiments de dragage plus ou moins anciens. Pour aborder ces différents aspects, une recherche bibliographique s'est orientée vers plusieurs points, notamment la description du devenir des métaux dans les sédiments mis en dépôt et la compréhension des facteurs qui conditionnent la biodisponibilité de ces éléments dans les sols et sédiments. Dans une première partie de nos recherches expérimentales, nous avons cherché à caractériser l'évolution d'un sédiment excavé puis déposé sur sol, contaminé principalement par des contaminants métalliques. Ce travail a nécessité d'étudier parallèlement plusieurs sédiments plus ou moins anciens, pour lesquels différentes variables ont été suivies, physico-chimiques (pH, CEC ; teneur en matière organique, teneur totale en métaux, granulométrie, spéciation) et écotoxicologiques (écotoxicité aiguë et chronique). De plus, nous avons tenté de mettre en évidence des relations entre les effets biologiques et le niveau de contamination des sédiments.

Author: Cédric Gabelle
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Pages : 36

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Ce travail porte sur l'étude de la contamination métallique des sédiments. Il s'inscrit dans le cadre du programme de recherche INTERREG III STARDUST qui s'intéresse au devenir des contaminants métalliques dans les sédiments de la zone transfrontalière Franco-Belge. Des sédiments ont ainsi été prélevés sur les différents sites d'étude situés dans le bassin de l'Escaut. L'étude menée sur les sédiments de la Deùle a notamment permis de mettre en évidence une forte contamination par les métaux (Pb, Zn, Cd .. ) surtout au voisinage de l'ancienne usine Métaleurop. Cependant, ces sédiments ne semblent présenter un caractère toxique que dans la zone située à proximité de Métaleurop, en dehors de cette zone, la majorité des métaux "disponibles" est piégée dans les phases soufrées du sédiment. De plus, les études de remobilisation ont montré que les sédiments contaminés de Métaleurop ne relarguent pas de quantités importantes de métaux dans l'eau du canal. Il est même intéressant de constater que lors du mélange des scories et des sédiments avec l'eau du canal, une quantité importante des métaux relargués par les scories est piégée par les sédiments. Enfin, des techniques d'échantillonnage in situ basées sur la diffusion au travers d'un gel (DET et DGT) ont été utilisées sur les sédiments de l'Escaut et de la Lys afin de réaliser des profils de métaux et d'anions dans les eaux interstitielles à une échelle millimétrique. Ces résultats ont notamment permis de mettre en avant l'association de certains contaminants avec les phases porteuses du sédiment tels que les oxydes de fer et de manganèse permettant une meilleure compréhension des processus se déroulant à l'interface eau-sédiment.

Author: Erwan Tessier
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L'étude réalisée porte sur l'évaluation du niveau de contamination par les éléments traces métalliques (ETM) des sédiments de la rade de Toulon, une rade semi-fermée soumise à un fort impact anthropique. Le prélèvement de carottes d'interface en 52 points répartis sur l'intégralité de la Rade a permis d'établir une cartographie précise des caractéristiques sédimentaires et des teneurs en métaux/métalloïdes. Les résultats obtenus sur les sédiments de surface ont montré l'état de contamination significatif de la rade (en particulier en Cu, Hg, Pb, et Zn), notamment dans les zones les plus enclavées de la petite rade, où les teneurs peuvent dépasser de plusieurs ordres de grandeur les limites définies par la législation en vue d'opérations de dragage. La distribution de la contamination observée a clairement indiqué un export de la petite vers la grande rade (normalement moins exposée), probablement gouverné par des processus hydrodynamiques responsables de la remise en suspension du sédiment contaminé. Les profils sédimentaires de carottes d'interface prélevées dans des zones de contamination contrastée ont révélé la présence systématique de pics de contamination dans les 20 premiers cm. Compte tenu des taux de sédimentation déterminés, ceci démontrerait que la rade a été soumise à un épisode de multi-contaminations majeur, probablement lié aux conséquences de la 2nde guerre mondiale. L'analyse des eaux interstitielles et surnageantes (paramètres physico-chimiques, majeurs, traceurs diagénétiques et ETM) de ces carottes d'interface a permis d'étudier la mobilité des ETM dans le sédiment. Les profils obtenus apparaissent essentiellement contrôlés par des mécanismes diagénétiques et démontrent le rôle exercé par les principales phases porteuses présentes dans le sédiment (oxy-hydroxydes de Fe et de Mn, sulfures) sur la mobilité des ETM. La modélisation de ces profils a permis d'évaluer les flux diffusifs à l'interface eau sédiment, afin de déterminer l'action du sédiment, en tant que puits ou source de contamination pour la colonne d'eau. Les flux diffusifs sortant calculés apparaissent relativement faibles en comparaison des teneurs totales mesurées dans le sédiment, démontrant que la majorité des ETM est fortement immobilisée dans le sédiment.Enfin, ce travail a été complété par des expériences de remise en suspension en laboratoire et sur le terrain, visant à simuler différents scénarios possibles (tempête,trafic maritime, dragage). Dans les conditions étudiées, si pour certains ETM la remobilisation en solution est faible (ex. As, Hg), elle peut au contraire être très significative pour d'autres (ex. Cd, Cu, Pb) conduisant à une contamination non négligeable de la colonne d'eau.

Author: U. Förstner
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3642693857
Category : Science
Languages : en
Pages : 502

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Aquatic chemistry is becoming both a rewarding and substantial area of inquiry and is drawing many prominent scientists to its fold. Its literature has changed from a compilation of compositional tables to studies of the chemical reactions occurring within the aquatic environments. But more than this is the recognition that human society in part is determining the nature of aquatic systems. Since rivers deliver to the world ocean most of its dissolved and particulate components, the interactions of these two sets of waters determine the vitality of our coastal waters. This significant vol ume provides not only an introduction to the dynamics of aquatic chem istries but also identifies those materials that jeopardize the resources of both the marine and fluvial domains. Its very title provides its emphasis but clearly not its breadth in considering natural processes. The book will be of great value to those environmental scientists who are dedicated to keeping the resources of the hydrosphere renewable. As the size of the world population becomes larger in the near future and as the uses of materials and energy show parallel increases, the rivers and oceans must be considered as a resource to accept some of the wastes of society. The ability of these waters and the sediments below them to accommodate wastes must be assessed continually. The key questions relate to the capacities of aqueous systems to carry one or more pollutants.

Author: Ludovic Lesven
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Languages : en
Pages : 55

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La contamination de l'environnement aquatique par les éléments traces métalliques (ETM) est un des problèmes majeurs auxquels est confrontée la société actuelle. Ces métaux transitent dans la colonne d'eau avant de s'accumuler dans les sédiments où ils sont impliqués dans de nombreuses réactions biogéochimiques susceptibles de modifier plus ou moins fortement leur spéciation et donc leur (bio)disponibilité pour l'ensemble du réseau trophique. C'est au sein de ces problématiques centrées sur le devenir des ETM dans l'environnement aquatique que s'oriente ce travail de recherche. Inscrites dans le programme européen INTERREG-III Stardust, nos recherches ont été menées principalement dans trois sites d'études transfrontaliers franco-belge: l'Escaut, la Lys et !'Espierre. La distribution des ETM dans les sédiments des 3 sites a mis en évidence une forte contamination par le cadmium. Cependant, ces sédiments sont caractèrisés par un bon piégeage des ETM par les sulfures (principalement Cd, Cu, Pb et Zn) et dans une moindre mesure Ni et Co, plus labiles. Différents indices de qualité des sédiments et des eaux interstitielles ont ici été utilisés et ont montré que les sédiments de l'Espierre paraissaient peu toxiques en raison des fortes teneurs en AVS alors que les eaux interstitielles l'étaient davantage à cause d'une dureté relativement faible. D'autre part, la mise au point de DGT-AgI pour la mesure des sulfures a été mise en application et a permis de mettre en évidence l'effet saisonnier sur la production de sulfures dans les sédiments de la Mer du Nord. Parallèlement à ces recherches, le développement de microélectrodes d'or a finalement permis de suivre en continu dans la colonne d'eau, la concentration en Zn et Pb à des concentrations de l'ordre du ppb et des essais ont été réalisés directement dans le sédiment.