Soutenance mémoire
L’eau douce est un bien précieux, une ressource essentielle, indispensable à la vie. L’eau destinée à la consommation humaine est soumise à de nombreux contrôles et répond à des critères de qualité stricts. Un soin particulier est apporté à la distribution d’une eau potable de qualité et à sa mise à disposition pour tous dans les meilleures conditions possibles. Il ne faut cependant pas perdre de vue qu’il est important de maintenir une qualité relative des eaux usées. La plupart des dégradations de la qualité des eaux des côtes mondiales sont dues à l’activité anthropique (Faniran et al. 1994).
La qualité des eaux littorales dépend, pour la plus grande partie, des apports d’eaux continentales : apports localisés, au niveau des rivières et des émissaires urbains (collecteurs, émissaires de stations d’épuration ou d’industries). Les rivières sont le chemin préférentiel des polluants métalliques vers la mer (Miller et al., 2003) mais il faut également prendre en compte les apports diffus, constitués par le ruissellement direct et par l’écoulement latéral des nappes phréatiques.
La fréquence et l’intensité des apports de matières en suspension et d’espèces dissoutes dépendent du régime climatique ainsi que du type d’occupation des sols. Les milieux méditerranéens sont soumis à un climat particulier qui font d’eux des zones fragiles et complexes :
➤ Les pluies concentrées dans le temps, souvent de forte intensité, agissent sur une surface de sol à couverture végétale discontinue. Il en résulte un régime d’apports très hétérogènes au cours d’eau, avec une forte variabilité des débits et des charges solides et dissoutes.
➤ La pression anthropique est forte et a tendance à s’accentuer malgré les progrès réalisés dans le traitement des eaux usées. Ce climat comporte de longues périodes sèches lors desquelles les rivières présentent un débit faible à cause du manque d’eau que l’on nommera débit ou fonctionnement de base de la rivière. Ces périodes sèches sont interrompues par de brefs mais violents épisodes pluvieux provocant de forts lessivages de surface et d’intenses crues charriant de grandes quantités de matières, souvent responsables de nombreux dégâts (Serrat et al., 2001, Ludwig et al., 2004). Par ailleurs, la région voit sa population doubler en période estivale, époque la plus critique au niveau environnemental (manque d’eau, végétation réduite en sommeil, forte température). Les conditions climatiques particulières ainsi que la pression démographique (anthropique) importante liée au tourisme, implique un suivi régulier mais surtout une compréhension indispensable à une gestion raisonnée de ces milieux riches et fragiles.
Le contrat de baie de la rade de Toulon (CBRT)
A la fin de l’année 1997, conscient des dysfonctionnement s qui affectent les écosystèmes marins, mais aussi les usages liés à l’eau, dans la rade de Toulon et son bassin versant, le SIAT (Syndicat Intercommunal de l’Aire Toulonnaise), relayé en 2002 par la communauté d’agglomération Toulon Provence Méditerranée, s’est engagé à conduire une démarche de gestion et de restauration de la qualité des eaux et des milieux aquatiques tout en valorisant le patrimoine et les activités liées à la mer et l’économie de la rade, sous la forme d’un contrat de baie. Signé le 6 septembre 2002 pour 5 ans, ce plan d’action en faveur des écosystèmes aquatiques est le résultat d’un partenariat entre les acteurs de la rade de Toulon et de son Bassin versant. Il est mené en partenariat avec l’Etat (Ministères de l’Environnement, de la Défense Nationale, l’Agence de l’Eau, etc…), les collectivités territoriales (Région, Département, communes et leurs regroupements), les chambres consulaires et les associations de défense de l’environnement et des usagers.
Site
Le bassin versant de la baie de Toulon, délimité par les lignes de partage des eaux, représente une surface de 180 km2 et un trait de côte de plus de 50 km entre la Pointe de l’Eperon du Cap Sicié et le Cap de Carqueiranne . Dans ce périmètre, les cours d’eau qui se jettent dans la rade sont principalement l’Eygoutier et le Las, mais aussi les réseaux d’assainissement et les eaux de ruissellement de l’agglomération Toulonnaise. La nature ne se préoccupe pas des limites administratives ni des réalités économiques ; la zone homogène et cohérente de la rade de Toulon et son bassin versant s’étend par conséquent sur le territoire complet ou partiel de différentes communes: 14 communes, soit environ 370000 habitants.
Programme sur la caractérisation des apports fluviaux
Ce travail est intégré comme projet de priorité 1 du contrat de baie et a comme objectif la caractérisation des apports fluviaux à la Baie de Toulon. Le maître d’ouvrage de ce projet est l’Université du Sud Toulon Var / Laboratoire PROTEE. Ce projet vise à :
➤ identifier et quantifier les apports en métaux (oligo-éléments : Cu et Zn et toxique: Pb et Cd), nutriments (à cause des risques d’eutrophisations) et composés potentiellement polluants (matière organique) dans la Baie de Toulon par les cours d’eau Toulonnais,
➤ déterminer leur comportement dans la Baie en fonction des différentes situations météorologiques.
L’étude repose sur la caractérisation et la quantification des apports des deux principaux systèmes fluviaux (l’Eygoutier et le Las) au long de l’année hydrologique, et en particulier lors d’événements pluvieux intenses.
ECOTDYN
Ce projet fait partie d’un programme National / ACI – FNS intitulé ECOSPHERE CONTINENTALE : Processus et Modélisation. Ce programme est composé de trois actions thématiques. Le projet du laboratoire intitulé: « Etude intégrée des transferts de contaminants et de leur impact en milieu côtier méditerranéen » s’inscrit dans l’action Écotoxicologie et Écodynamique des Contaminants [ECOTDYN] qui sera dénommé ainsi dans la suite de ce travail. La partie « Ecodynamique », a pour objectif l’étude des processus de transferts, de transports et de transformations des contaminants ainsi que la spéciation chimique des contaminants dans les différents environnements terrestres et aquatiques. La partie « Ecotoxicologie » a pour but d’étudier la réponse des êtres vivants en tenant compte des facteurs physico chimiques et biotiques des contaminants. Ces deux parties sont liées par la notion de biodisponibilité puisque celle-ci dépend de la dynamique du contaminant et influence la toxicité vis-à-vis des organismes vivants. Ce projet propose une approche pluridisciplinaire intégrée de la dynamique des contaminants sur un site côtier méditerranéen. Il a pour objectifs (1) la quantification et la caractérisation des flux de métaux traces, de nutriments et de matière organique naturelle (MON) depuis les bassins versants continentaux vers les eaux côtières; (2) l’identification des sources des contaminants et l’étude détaillée des mécanismes de transferts depuis les sols vers les cours d’eau, (3) l’évaluation de l’impact de ces apports sur les populations biologiques, en particulier le plancton, avec l’étude des mécanismes mis en jeu et la recherche de biomarqueurs et de bioindicateurs de l’état du milieu.
Dans ce cadre, les opérations majeures réalisées dans l’étude de l’Eygoutier sont :
➤ l’identification des sources des contaminants métalliques (Cd, Cu, Pb, Zn) sur les bassins versants, et des mécanismes de transferts depuis le sol ou la surface du sol vers les cours d’eau. En particulier la mise en évidence de la relation entre la labilité du métal dans les horizons de surface du sol et les teneurs observées dans le cours d’eau, pour différents types de sol et d’occupations des sols,
➤ l’identification des espèces chimiques des contaminants métalliques présentes dans les cours d’eau lors de crues significatives, avec la modélisation des interactions métal-MON (dissoute, colloïdale, particulaire),
➤ l’établissement de la relation entre les teneurs en métaux des plantes aquatiques à l’exutoire des cours d’eau et les teneurs et spéciations observées dans la colonne d’eau et dans le sédiment,
➤ la meilleure compréhension des mécanismes d’accumulation de contaminants dans le plancton,
➤ la mise en évidence d’espèces sentinelles permettant d’évaluer la qualité écologique du milieu,
➤ l’identification de bioindicateurs planctoniques de stress environnemental,
➤ la prévision de la réponse de l’écosystème littoral aux stress environnementaux liés aux apports continentaux.
Le régime méditerranéen : description, climat et problématique spécifique
Description
Le climat Méditerranéen se rencontre sur des bandes littorales étroites en Amérique du Nord (de Vancouver à San Diego), au Chili, en Australie (Perth), en Afrique du Sud (Le Cap) et en Afrique du Nord Ouest (Côte marocaine). Il s’étend enfin autour de la Méditerranée (Algérie, Levant, et côte nord). Les milieux à climat méditerranéen font donc transition avec le monde tropical. Ils s’étendent des latitudes 32 à 38°N sur les façades occidentales des continents (sauf en Europe). Sur le pourtour méditerranéen, les hivers sont plus froids que pour les autres régions méditerranéennes, mais la chaleur estivale y est plus prononcée. Les étés sont chauds et secs (+22° à +30°), les hivers doux (+8° et plus) et ensoleillés. Les températures annuelles sont contrastées, il existe une forte amplitude thermique d’environ 15°C. On y trouve plus de 300 jours de soleil par an. L’ensoleillement passe de près d’un jour sur deux en décembre, à trois sur quatre en juillet
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Table des matières
Introduction
Contexte et problematique
A. Programmes de recherche
I. Le contrat de baie de la rade de Toulon (CBRT)
a. Site
b. Objectif
c. Fonctionnement
d. Programme sur la caractérisation des apports fluviaux
II. ECOTDYN
B. Le régime méditerranéen : description, climat et problématique spécifique
I. Description
II. La fragilité du milieu méditerranéen
III. Problèmes environnementaux et importance de l’eau
C. La pollution
I. Pollution des eaux
II. Types de polluants
a. Métaux et métalloïdes
b. Les ions majeurs et les nutriments
c. Matière Organique (MO)
III. Distribution des polluants dans le milieu
Matériels et méthodes
A. Description du site d’étude
B. Echantillonnage
I. Mesures in situ dans les eaux
II. Conditionnement du matériel et prélèvement
III. Traitement des échantillons
a. Fractionnement par taille des sols et sédiments
b. Fractionnement particulaire/dissous
c. Conservation des échantillons
d. Prétraitement pour la mesure des métaux totaux particulaires et sédimentaires
e. Prétraitement pour l’étude de la répartition des métaux sédimentaires
C. Analyses
I. Matières en suspensions
II. Matière organique
a. Suivi quantitatif
b. Caractérisation de la MO (par spectroscopie de fluorescence)
III. Métaux
IV. Ions majeurs
V. Traitement statistique
Résultats et discussion
I. Fonctionnement de base
a. Caractérisation physico-chimique
b. Matériel particulaire
c. Matière organique
d. Nutriments
e. Pollution métallique
f. Fluorescence 3D
g. Etude sédimentaire
h. Etat de la rade en régime de base de la rivière
i. Conclusion
II. Fonctionnement de crue
a. Caractérisation physico-chimique
b. Matières en suspension
c. Matière organique
d. Fluorescence
e. Ions majeurs
f. Pollution Métallique
g. Etude statistique
h. Devenir des polluants en mer lors des crues
Conclusion
Bibliographie
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