Soutenance mémoire
Les milieux aquatiques couvrent 70 % de la surface de la planète. Le milieu côtier, pour sa part, occupe 7 % de la surface terrestre et il est à l’interface entre l’océan et les continents. Ce milieu côtier joue un rôle important dans les cycles biogéochimiques des éléments et il constitue une des voies principales d’entrée de la pollution dans le milieu marin. Environ 80 % de la pollution marine provient des activités humaines terrestres (UN/MAP, 2017). La pression anthropique (par exemple: le développement et le rejet des effluents industriels, l’aquaculture, les activités portuaires, l’agriculture, le tourisme…) et la grande densité de population le long des côtes engendrent des effets négatifs sur l’état du milieu côtier en libérant divers contaminants.
Étant une mer semi – fermée avec des zones côtières fortement peuplées autour des deux bassins (oriental et occidental), l’accumulation des contaminants dans la mer Méditerranée a suscité l’attention des chercheurs depuis plusieurs décennies car elle affecte les écosystèmes marins et côtiers mais également, les activités économiques connexes telles que la pêche ou le tourisme. La pollution de la mer Méditerranée a fait l’objet de plusieurs actions dans le but d’évaluer et de maîtriser la pollution. On peut citer le « Mediterranean Action Plan » (MAP) et la Convention pour la protection du milieu marin et du littoral de la Méditerranée, connue sous le nom « convention de Barcelone » qui ont été adoptées en 1975. L’objectif de ces conventions est de réduire la pollution en mer Méditerranée, de protéger et d’améliorer l’environnement marin, contribuant ainsi à son développement durable (AEE-PNUE/PAM, 2014; UN/MAP, 2017). En addition, la Stratégie Méditerranéenne pour le Développement Durable (SMDD) 2016-2025 a aussi été adoptée. Cette dernière fournit un cadre politique intégrateur et un document d’orientation stratégique pour toutes les parties prenantes et partenaires pour traduire le programme de développement durable à l’horizon 2030 aux niveaux national, régional et sousrégional (UNEP/MAP, 2016).
Éléments traces métalliques et métalloïdes
Origine des éléments traces métalliques et métalloïdes
Les éléments trace métalliques sont caractérisés par une faible teneur dans la croûte terrestre. Il est préféré la dénomination éléments traces métalliques et métalloïdes, où éléments traces, à celle de métaux lourds qui dérive d’une définition liée à la densité volumique des éléments. Ce sont des éléments persistants et non dégradables dans l’environnement. Certains sont des oligoéléments qui sont indispensables à la croissance cellulaire mais considérés toxiques à partir d’une concentration seuil (Rigaud, 2011) alors que d’autres n’ont aucun effet bénéfique et sont considérés toxiques même pour de faibles concentrations (Lesven, 2008). Par exemple, Cd, Pb ou Hg génèrent un risque de toxicité dans un milieu même à faibles concentrations (Lesven, 2008; Tessier, 2012). Pour Cu ou Zn, c’est à de fortes concentrations dans le milieu qu’ils présentent un danger réel du fait de leur toxicité, de leur persistance, et de leur capacité à pénétrer et parfois s’accumuler dans la chaîne alimentaire (Lu et al., 2014; Mühlbachová, 2011; Rigaud, 2011). Ces éléments sont présents à l’état naturel dans les minerais et les roches de la croûte terrestre, certains à l’état de trace (< 100 ppm), et sous plusieurs formes : des carbonates, des oxydes, des sulfates et des silicates. Parfois, ponctuellement, on peut les retrouver à des concentrations très fortes. Par exemple, il a été mesuré des concentrations d’As (480 µg.L-1 ) dans les nappes phréatiques de Chakdaha – Inde (Charlet et al., 2007) qui sont près de 50 fois supérieures à la limite de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) (5 µg.L-1 ) pour l’eau potable. Les ETMM peuvent être libérés dans l’eau et l’air par différents processus naturels : les érosions et les altérations des roches, les émissions volcaniques, les feux de forêts et les sources biogéniques (Callender, 2003; Charriau, 2009; Sigg et al., 1992) et/ou par les activités anthropiques.
Devenir des éléments traces métalliques et métalloïdes dans le milieu aquatique
Dans les systèmes aquatiques, les ETMM se répartissent dans tous les compartiments (sédiment, eau, faune et flore). Les différentes voies d’acheminement des ETMM des continents vers l’océan dépendent de leur spéciation chimique et de la matrice dans laquelle ils se trouvent (Figure I-1). Les milieux aquatiques, et particulièrement la mer Méditerranée (Martin et al., 1989; Nicolau et al., 2012), reçoivent une grande quantité d’ETMM provenant de différentes sources. Les ETMM sont transportés et rejetés dans l’océan par les rivières, le lessivage des bassins versants, l’érosion, les effluents (urbains, agricoles et industriels), les eaux souterraines (Chester, 1990; Kalnejais, 2005; Symader et al., 2007) et l’atmosphère (Dumas et al., 2015; Seritti et al., 1990).
D’après Jain and Sharma (2001), plus de 97% des ETMM transportés en masse dans les zones côtières seraient associés aux sédiments des rivières. Une fois arrivés dans le milieu côtier, les ETMM se répartissent dans différents compartiments, sous différentes formes : colloïdales, particulaires et dissoutes (Kennish, 2002; Mason, 2013; Pan and Wang, 2012; Rigaud et al., 2013; Shaw et al., 1990) et les transferts d’un compartiment à l’autre définissent en partie leur cycle biogéochimique.
En milieu côtier, les ETMM peuvent être absorbés sur de fines particules et ensuite se déplacer vers les sédiments (Buccolieri et al., 2006). La présence des ETMM transforment les sédiments en ultime puits mais aussi en une source secondaire de contaminants pour l’écosystème, au travers de la diffusion et de perturbations physiques naturelles ou anthropiques (Pan and Wang, 2012; Rigaud et al., 2013; Shaw et al., 1990; Singh et al., 2005). La répartition des ETMM, leur mobilité ainsi que leurs formes chimiques sont contrôlées par des processus physiques (diffusion, remise en suspension, advection…), chimiques (dissolution/précipitation, complexation, sorption…) et biologiques (bioirrigation, bioturbation, respiration…) (Elbaz-Poulichet, 2005; Rigaud et al., 2013; Scholz and Neumann, 2007; Tankere-Muller et al., 2007).
ETMM dans la phase aqueuse
Dans la colonne d’eau (les eaux de surface et les eaux profondes) et les eaux interstitielles, les ETMM se trouvent sous différentes formes chimiques que l’on décrit comme la spéciation chimique. Ils peuvent être sous forme d’ions libres (Mn+), et pour certains, sous forme d’oxyanion (MOx m- ). Ils peuvent également être adsorbés sur des particules en suspension ou sur des colloïdes, complexés par des ligands organiques simples ou macromoléculaires (acides fulviques et acides humiques) et inorganiques (Cl- , HCO3- , SO42- , …) (Benedetti et al., 2003; Dupré et al., 1999; Elbaz-Poulichet et al., 1999). Ces éléments peuvent passer de la phase liquide à la phase solide ou à la matrice biologique par des processus de sorption, de complexation ou d’assimilation biologique, tandis qu’inversement, ils passent en phase aqueuse suite aux processus de désorption et de dissolution. dans les zones côtières/estuariennes, la teneur en ETMM est variable de quelques ng.L-1 à quelques µg.L-1 pour les fleuves et les océans et jusqu’à quelques mg.L-1 dans la croûte terrestre (Bruland and Lohan, 2003; Gaillardet et al., 2003). La répartition des ETMM dans les différentes phases, leurs concentrations et leurs spéciations chimiques dépendent de plusieurs paramètres physico-chimiques tels que le pH, le potentiel redox, la présence de ligands organiques, la force ionique (Elbaz-Poulichet, 2005). Parmi ses formes, la fraction dissoute est souvent la forme la plus biodisponible, pour les organismes aquatiques (Casas, 2005). Souvent, la forme d’ion libre est aussi la forme la plus toxique (Zhang et al., 2001). Les ETMM sous forme dissous étant biodisponibles peuvent ainsi être absorbés par les organismes aquatiques et par la suite être intégrés dans la chaîne alimentaire (phytoplanctons, poissons, algues…) (Bocher et al., 2003; Majer et al., 2014).
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Table des matières
Table des matières
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES ABRÉVIATIONS
Introduction
Chapitre I – Généralités
Éléments traces métalliques et métalloïdes
I.1.1. Origine des éléments traces métalliques et métalloïdes
I.1.2. Devenir des éléments traces métalliques et métalloïdes dans le milieu aquatique Échanges entre phase dissoute et phase solide à l’interface eau – sédiment Diagenèse précoce
I.3.1. Considération générale sur les réactions diagénétiques
I.3.2. Conséquences des mécanismes de la diagenèse précoce sur la mobilité des ETMM Réactivité de la matière organique
I.4.1. Cycle de la matière organique dans le milieu aquatique
Présentation des zones d’étude : écosystèmes méditerranéens côtiers
I.5.1. La mer Méditerranée
I.5.2. La baie de St-Georges au Liban
I.5.3. La Rade de Toulon en France
I.5.4. Historique scientifique et éléments de conclusion
Chapitre II – Matériels et méthodes
Stratégie d’échantillonnage
II.1.1. Prélèvement et traitement des sédiments
II.1.2. Prélèvement et traitement des échantillons d’eaux
Analyses des échantillons
II.2.1. Analyses de la fraction solide
II.2.2. Analyses des eaux
II.2.3. Spectrophotométrie UV/Vis et Fluorescence 3D
Chapitre III – Étude de la contamination et des apports en ETMM dans la baie de St-Georges – Liban
Les métaux traces de la rivière Beyrouth à la baie de St-Georges
III.1.1. Résultats des analyses du transect rivière Beyrouth – Baie St-Georges
III.1.2. Evolution des ETMM le long du transect rivière Beyrouth – Baie de St-Georges
III.1.3. Conclusion sur les apports de la rivière Beyrouth
Distribution and diagenesis of trace metals in marine sediments of a coastal Mediterranean area: St-Georges Bay (Lebanon)
III.2.1. Introduction
III.2.2. Bilan de cette section
Caractérisation de la matière organique dissoute fluorescente dans la Baie de StGeorges – Liban
III.3.1. Description de la MO dissoute et particulaire
III.3.2. Caractérisation de la MO dissoute et particulaire
III.3.3. Conclusion sur la caractérisation de la MO dissoute et particulaire
Chapitre IV – Étude de la contamination et des apports en ETMM dans la rade de Toulon – France
Les métaux traces métalliques du Las jusqu’à la rade de Toulon
IV.1.1. Présentation des résultats du transect Las – rade de Toulon
IV.1.2. Comportement des ETMM le long du transect Las – rade de Toulon
IV.1.3. Conclusion sur les apports de Las
Métaux traces dans les sédiments de la rade de Toulon (France)
IV.2.1. Résultats des teneurs en ETMM dans les profils sédimentaires
IV.2.2. Diagenèse dans la rade de Toulon : discussion
IV.2.3. Conclusion sur la diagenèse précoce dans la rade de Toulon
La matière organique dans les sédiments de la rade de Toulon
IV.3.1. Présentation des résultats de la MO dissoute et particulaire
IV.3.2. Discussion sur la matière organique colorée
IV.3.3. Conclusion sur la matière organique à Toulon
Conclusion
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